تلسكوب ذو فتحة كبيرة يمثّل صور القمر

اتخذ باحثون في الولايات المتحدة خطوة مهمة نحو الاستخدام العملي للأسطح الخارقة الضوئية. استخدم الفريق عملية تصنيع أشباه الموصلات لإنتاج فتحة كبيرة ، ومعدن مسطح. تم توضيح أدائها البصري باستخدامها كعدسة موضوعية في تلسكوب بسيط كان موجهاً نحو القمر. حقق التلسكوب قدرة تحليلية فائقة وأنتج صورًا واضحة لسطح القمر.

تم استخدام التلسكوبات للتسلل إلى الكون لأكثر من 400 عام. في أوائل القرن السابع عشر ، استخدم جاليليو جاليلي تلسكوبًا لمراقبة أقمار المشتري ، وفي العام الماضي بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي في التقاط صور مذهلة للكون.

تميل التلسكوبات المستخدمة اليوم من قبل علماء الفلك المحترفين إلى أن تكون كبيرة وضخمة ، مما يضع قيودًا على كيفية ومكان استخدامها. يرجع حجم هذه الأدوات إلى فتحاتها الكبيرة وأنظمتها البصرية متعددة العناصر المعقدة في كثير من الأحيان والتي تعد ضرورية للتخلص من الانحرافات ولتوفير الأداء العالي المطلوب.

الهياكل النانوية المهندسة

توفر السطوح الفوقية الضوئية طريقة محتملة لجعل التلسكوبات والأنظمة البصرية الأخرى أصغر حجمًا وأبسط. هذه هياكل نانوية مصممة هندسيًا يمكن اعتبارها سلسلة من الهوائيات الضوئية الاصطناعية (انظر الشكل). يمكن لهذه الهوائيات معالجة الضوء ، وتغيير اتساعها ، ومرورها ، واستقطابها ، على سبيل المثال.

يمكن تصميم هذه الأسطح الخارقة لتركيز الضوء ، وبالتالي إنشاء عدسات معدنية يمكن أن تقدم مزايا كبيرة على البصريات التقليدية. على سبيل المثال ، تكون الأسطح المسطحة للعدسات المعدنية خالية من الانحرافات الكروية ، كما أن العدسات المعدنية رقيقة للغاية ومنخفضة الوزن عند مقارنتها بالبصريات التقليدية.

ومع ذلك ، فإن إنتاج المعادن لا يزال في مهده. تعتمد طرق التصنيع الحالية على أنظمة المسح مثل الطباعة الحجرية بالحزمة الإلكترونية (الحزمة الإلكترونية) وتقنيات الحزمة الأيونية المركزة (FIB). وهي بطيئة ومكلفة وتقتصر حجم المعادن على بضعة ملليمترات فقط. هذا يجعل الإنتاج بكميات كبيرة شبه مستحيل ويعني أن العدسات المعدنية باهظة الثمن حاليًا وصغيرة جدًا بالنسبة لتطبيقات الفتحة الكبيرة مثل التلسكوبات.

تلسكوب ميتا

الآن ، توصل باحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا إلى طريقة أفضل بكثير لصنع العدسات المعدنية. يمكن توسيع نطاق عمليتها للإنتاج على نطاق واسع ويمكن استخدامها لإنشاء عدسات معدنية ذات أحجام فتحة كبيرة مناسبة لتطبيقات التلسكوب.

استخدم الفريق الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) ، وهي تقنية شائعة الاستخدام في صناعة أشباه الموصلات. تضمنت عمليتهم نقش الجزء العلوي من رقاقة السيليكا مقاس 80 بوصات. تم تقسيم العدسة الفوقية التي يبلغ قطرها 16 مم إلى XNUMX جزءًا تم دمجها عن طريق تعريض الأنماط نفسها على أرباع مختلفة من الرقاقة. ألغى خياطة الأنماط ودوران الويفر الحاجة إلى قناع واحد كبير باهظ الثمن يعرض السطح بالكامل.

ملف تعريف الشدة

تميز أداء الميتالنس بقياس شدة أشعة الليزر المركزة على مدى واسع من الطول الموجي يمتد من 1200 إلى 1600 نانومتر. أظهرت الاختبارات أن المعدن يمكنه تركيز الضوء بإحكام بالقرب من حد الانعراج على النطاق بأكمله ، على الرغم من تصميمه للعمل عند 1450 نانومتر. ومع ذلك ، فإن التشتت الانكساري قد غير البعد البؤري في جميع أنحاء نطاق الطول الموجي - وهو تأثير ضار يسمى الانحراف اللوني.

تم اختبار قوة حل المعادن باستخدامها كعدسة موضوعية داخل التلسكوب. استخدم الفريق التلسكوب لتصوير السمات المختلفة لسطح القمر بنجاح مع حد أدنى لحجم ميزة حل يبلغ حوالي 80 كم. هذا هو أفضل حل تم الإبلاغ عنه لهذا النوع من المعادن حتى الآن.

أنظمة الجيل القادم

الباحثين Xingjie ني في جامعة ولاية بنسلفانيا ، تعتقد أن الأسطح السطحية يمكن أن تغير قواعد اللعبة في البصريات ، لأن قدرتها غير المسبوقة على معالجة الضوء تجعلها مرشحين أقوياء لأنظمة بصرية من الجيل التالي. وهذا ، كما يقول ، هو سبب تكريس فريقه لتطوير قدرات الأسطح السطحية القابلة للتطوير والصديقة للتصنيع.

"نحن نخطط لتحسين تقنيات التصميم لدينا لتحقيق بنى نانوية تتحمل عيوب التصنيع. سيسمح لنا ذلك باستخدام تكنولوجيا التصنيع ذات الحجم الكبير مثل الطباعة الحجرية الضوئية لعمل عدسات معدنية كبيرة الحجم تعمل في النطاق المرئي ودمج تصميمات نانوية أكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، نانانتينات الشكل الحر ، للتعويض عن الانحراف اللوني ، " عالم الفيزياء.

تساعد الأسطح السطحية في تشكيل أشعة الليزر

دين بينغ تساي في جامعة مدينة هونغ كونغ لم يشارك في البحث ويعتقد أن هذا العمل يوسع سيناريوهات العمل الخاصة بالمعدن وسوف يلهم البحث عن المعادن ذات الفتحات الكبيرة. ويقول إنه يمكن استخدام الطباعة الحجرية DUV لتحقيق إنتاجية عالية لتصنيع عدسات معدنية منخفضة التكلفة بدقة معقولة. سيؤدي ذلك إلى تسويق المكونات وجعلها جزءًا من حياتنا اليومية في السنوات القادمة.

يعتقد تساي أن الانحراف اللوني في معدن ولاية بنسلفانيا يحد من استخدامه للتطبيقات أحادية اللون. ويشير أيضًا إلى أن تصميم العدسة الوصفية اللونية ذات النطاق العريض ذات النطاق الواسع لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا وهو مطلوب بشدة. بالإضافة إلى ذلك ، يعتقد أن القناع الكبير هو الطريقة المفضلة لصنع العدسات المعدنية لتجنب أخطاء الخياطة وتبسيط عملية التصنيع.

تم وصف البحث في رسائل نانو ACS.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/