Un nouveau type d’objectif plat et mince de rasoir pourrait transformer les étoiles en espace en profondeur en permettant de monter des télescopes légers mais puissants sur les avions et les satellites, selon les scientifiques.
Télescopes réfracteurs Utilisez normalement des lentilles incurvées pour agrandir des objets distants via un processus appelé réfraction. Semblable à une loupe, la lentille incurvée d’un télescope plie la lumière et la dirige vers un point focal, ce qui fait que des objets apparaissent plus grands.
Cependant, les lentilles traditionnelles deviennent rapidement peu pratiques pour les télescopes spatiaux étudiant les étoiles ou galaxies des millions d’années-lumière. En effet, plus un objet est éloigné, plus le grossissement est nécessaire pour le mettre au point, et donc plus la lentille doit être épaisse et lourde.
C’est pourquoi les scientifiques ont exploré des lentilles plates, qui devraient en théorie être plus légères et moins encombrantes. Le défi avec eux, cependant, est que la lumière interagit avec eux différemment qu’avec des lentilles incurvées.
Lumière visible est un type de rayonnement électromagnétiquequi est transmis dans des ondes ou des particules à différentes longueurs d’onde et fréquences. Lorsque la lumière passe à travers une lentille plate, elle diffracte, diffusant des longueurs d’onde dans plusieurs directions et résultant en une image floue et floue.
Mais une nouvelle « lentille diffractive à plusieurs niveaux » (MDL) développée par des scientifiques dispose d’une structure à plusieurs niveaux composée de « anneaux concentriques microscopiquement ». Ceux-ci canalisent efficacement différentes longueurs d’onde de lumière vers le même point focal pour créer une image nette et précise.
La nouvelle lentille de 100 millimètres (3,9 pouces) de diamètre, qui a une distance focale de 200 mm (7,8 pouces), n’a que 2,4 micromètres d’épaisseur. Optimisé pour la gamme de longueurs d’onde de 400 à 800 nm pour la lumière visible, cette lentille est beaucoup plus légère qu’un objectif incurvé conventionnel et élimine les distorsions de couleur.
Les scientifiques ont publié leurs résultats le 3 février dans la revue Lettres de physique appliquée. L’étude a été financée par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), la NASA et l’Office of Naval Research.
« Notre démonstration est un tremplin vers la création d’objectifs plats légers à très grande ouverture avec la capacité de capturer des images en couleur pour une utilisation dans des télescopes basés sur l’air et l’espace », auteur principal de l’étude Apratim Majumderprofesseur adjoint en génie électrique et informatique à l’Université de l’Utah, a déclaré dans un déclaration.
Avant la courbe
Les scientifiques ont conçu des objectifs plats dans le passé, notamment le Plaque de zone de Fresnel (FZP)qui présente des crêtes concentriques gravées sur la surface. Cependant, les crêtes de FZPS divisent la lumière en longueurs d’onde séparées et les diffracent à différents angles, entraînant des distorsions de couleur.
Le MDL est unique en ce que ses anneaux concentriques existent à des profondeurs variables dans l’objectif lui-même. Au fur et à mesure que la lumière passe, les indentations microscopiques ajustent comment les différentes longueurs d’onde diffractent, les empêchant de se propager comme elles le feraient normalement. Cette diffraction contrôlée met en place toutes les longueurs d’onde de lumière en même temps, résultant en une image plus nette et précise de couleur.
En plus d’éviter les distorsions de couleur des FZP, les chercheurs ont déclaré que la nouvelle lentille plate offrait le même pouvoir de flexion légère que les lentilles incurvées traditionnelles. Dans l’étude, ils ont utilisé le MDL pour capturer des images du soleil et de la lune. Les images lunaires qu’ils ont prises ont révélé des caractéristiques géologiques clés, tandis qu’elles l’ont également utilisée dans l’imagerie solaire pour capturer des taches solaires visibles.
« La simulation des performances de ces objectifs sur une très grande bande passante, de visible à presque infrarouge, a impliqué la résolution de problèmes de calcul complexes impliquant de très grands ensembles de données », a déclaré Majumder dans le communiqué. « Une fois que nous avons optimisé la conception des microstructures de l’objectif, le processus de fabrication a nécessité un contrôle de processus très strict et une stabilité environnementale. »
Les chercheurs ont déclaré que la technologie avait des applications en astronomie, astrophotographie et d’autres « tâches d’imagerie à longue portée », y compris les « applications d’imagerie aériennes et basées sur l’espace ». De plus, la production peut ne pas être loin.
« Nos techniques de calcul ont suggéré que nous pourrions concevoir des objectifs plats diffractifs à plusieurs niveaux avec de grandes ouvertures qui pourraient se concentrer sur le spectre visible et nous avons les ressources dans le nanofab de l’Utah pour les fabriquer », le co-auteur de l’étude Rajesh Menon, Le professeur de génie électrique et informatique à l’Université de l’Utah, a déclaré dans le communiqué.
