Lensa teleskop yang datar dan tipis dapat mengubah permainan dalam pencitraan luar angkasa-dan produksi bisa segera dimulai
Jenis baru lensa teleskop yang datar dan tipis dapat mengubah stargazing ruang-dalam dengan memungkinkan untuk memasang teleskop yang ringan namun kuat ke pesawat dan satelit, kata para ilmuwan.
Teleskop refraktor Biasanya gunakan lensa melengkung untuk memperbesar objek yang jauh melalui proses yang disebut pembiasan. Mirip dengan kaca pembesar, lensa melengkung dari teleskop menekuk cahaya dan mengarahkannya ke titik fokus, membuat objek tampak lebih besar.
Namun, lensa tradisional dengan cepat menjadi tidak praktis untuk teleskop ruang angkasa yang mempelajari bintang atau Galaksi jutaan tahun cahaya lagi. Ini karena semakin jauh suatu objek, semakin banyak pembesaran yang diperlukan untuk membawanya ke fokus, dan oleh karena itu semakin tebal dan lebih berat lensa yang diperlukan.
Itu sebabnya para ilmuwan telah menjelajahi lensa datar, yang secara teori lebih ringan dan tidak terlalu tebal. Tantangan dengan mereka, bagaimanapun, adalah bahwa cahaya berinteraksi dengan mereka secara berbeda dibandingkan dengan lensa melengkung.
Cahaya yang terlihat adalah jenis radiasi elektromagnetikyang ditransmisikan dalam gelombang atau partikel pada panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Ketika cahaya melewati lensa datar, itu berdifraksi, hamburan panjang gelombang dalam berbagai arah dan menghasilkan gambar buram dan tidak fokus.
Tetapi “lensa difraksi multilevel” baru (MDL) yang dikembangkan oleh para ilmuwan memiliki struktur multi-level yang terdiri dari “cincin konsentris kecil mikroskopis.” Ini secara efektif menyalurkan panjang gelombang cahaya yang berbeda menuju titik fokus yang sama untuk menciptakan gambar yang tajam dan akurat.
Terkait: Bisakah kita mengubah matahari menjadi teleskop raksasa?
Lensa diameter 100 milimeter (3,9 inci) yang baru, yang memiliki panjang fokus 200 mm (7,8 in), setebal 2,4 mikrometer. Dioptimalkan untuk rentang panjang gelombang 400 hingga 800 nm untuk cahaya tampak, lensa ini jauh lebih ringan daripada lensa melengkung konvensional dan menghilangkan distorsi warna.
Para ilmuwan menerbitkan temuan mereka 3 Februari di jurnal Surat Fisika Terapan. Studi ini didanai oleh Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), NASA dan Kantor Penelitian Angkatan Laut.
“Demonstrasi kami adalah batu loncatan untuk menciptakan lensa datar ringan aperture yang sangat besar dengan kemampuan menangkap gambar penuh warna untuk digunakan dalam teleskop berbasis udara dan ruang,” kata penulis studi utama Apratim MajumderAsisten Profesor Teknik Listrik dan Komputer di Universitas Utah, mengatakan dalam a penyataan.
Di depan kurva
Para ilmuwan telah merancang lensa datar di masa lalu, terutama Fresnel Zone Plate (FZP)yang fitur punggung konsentris terukir di permukaan. Namun, punggung FZP memecah cahaya menjadi panjang gelombang yang terpisah dan membedakannya pada sudut yang berbeda, menghasilkan distorsi warna.
MDL unik karena cincin konsentrisnya ada pada kedalaman yang bervariasi di dalam lensa itu sendiri. Ketika cahaya lewat, lekukan mikroskopis menyesuaikan seberapa berbeda panjang gelombang berbeda, mencegah mereka menyebar terpisah seperti biasanya. Difraksi terkontrol ini membawa semua panjang gelombang cahaya menjadi fokus pada saat yang sama, menghasilkan gambar yang lebih tajam dan akurat.
Selain menghindari distorsi warna FZP, para peneliti mengatakan lensa datar baru menawarkan kekuatan landasan cahaya yang sama dengan lensa melengkung tradisional. Dalam penelitian ini, mereka menggunakan MDL untuk menangkap gambar matahari dan bulan. Gambar bulan yang mereka ambil terungkap fitur geologis utama, sementara mereka juga menggunakannya dalam pencitraan matahari untuk menangkap bintik matahari yang terlihat.
“Simulasi kinerja lensa ini di atas bandwidth yang sangat besar, dari terlihat hingga inframerah-dekat, melibatkan pemecahan masalah komputasi kompleks yang melibatkan kumpulan data yang sangat besar,” kata Majumder dalam pernyataannya. “Setelah kami mengoptimalkan desain struktur mikro lensa, proses pembuatan membutuhkan kontrol proses yang sangat ketat dan stabilitas lingkungan.”
Para peneliti mengatakan teknologi tersebut memiliki aplikasi dalam astronomi, astrofotografi dan “tugas pencitraan jangka panjang” lainnya termasuk “aplikasi pencitraan udara dan berbasis ruang.” Terlebih lagi, produksi mungkin tidak jauh.
“Teknik komputasi kami menyarankan agar kami dapat merancang lensa datar difraktif multi-level dengan lubang besar yang dapat memfokuskan cahaya di seluruh spektrum yang terlihat dan kami memiliki sumber daya di Nanofab Utah untuk benar-benar membuatnya,” kata rekan penulis studi Rajesh Menon, Profesor Teknik Listrik dan Komputer di Universitas Utah, mengatakan dalam pernyataan itu.
