تلسکوپ فلزی با دیافراگم بزرگ از ماه تصویربرداری می کند

گام مهمی در جهت استفاده عملی از فراسطح های نوری توسط محققان در ایالات متحده برداشته شده است. این تیم از یک فرآیند معمول تولید نیمه هادی برای تولید دیافراگم بزرگ و فلزات مسطح استفاده کردند. عملکرد نوری آن با استفاده از آن به عنوان عدسی شیئی در تلسکوپ ساده ای که ماه را هدف گرفته بود، نشان داد. این تلسکوپ به قدرت تفکیک عالی دست یافت و تصاویر واضحی از سطح ماه تولید کرد.

بیش از 400 سال است که از تلسکوپ ها برای نگاه کردن به کیهان استفاده می شود. در اوایل دهه 1600، گالیله گالیله از تلسکوپ برای رصد قمرهای مشتری استفاده کرد و سال گذشته تلسکوپ فضایی جیمز وب شروع به گرفتن تصاویر دیدنی از کیهان کرد.

تلسکوپ‌هایی که امروزه توسط ستاره‌شناسان حرفه‌ای استفاده می‌شود، معمولاً بزرگ و حجیم هستند، که اغلب محدودیت‌هایی را در مورد نحوه و مکان استفاده از آنها ایجاد می‌کند. اندازه این ابزارها نتیجه دیافراگم های بزرگ و سیستم های نوری چند عنصری اغلب پیچیده آنها است که برای از بین بردن انحرافات و ارائه عملکرد بالای مطلوب ضروری است.

نانوساختارهای مهندسی شده

فراسطح‌های نوری راهی بالقوه برای کوچک‌تر کردن و ساده‌تر کردن تلسکوپ‌ها و سایر سیستم‌های نوری ارائه می‌دهند. اینها نانوساختارهای مهندسی شده ای هستند که می توان آنها را به عنوان مجموعه ای از آنتن های نوری مصنوعی در نظر گرفت (شکل را ببینید). این آنتن ها می توانند نور را دستکاری کنند و مثلاً دامنه، فاز و قطبش آن را تغییر دهند.

این متاسطح ها را می توان طوری مهندسی کرد که نور را متمرکز کند و در نتیجه فلزات را ایجاد کند که می تواند مزایای قابل توجهی را نسبت به اپتیک های معمولی ارائه دهد. به عنوان مثال، سطوح مسطح متالنزها عاری از انحرافات کروی هستند و متالنزها در مقایسه با اپتیک های معمولی بسیار نازک و کم وزن هستند.

با این حال، تولید متالنزها هنوز در مراحل اولیه است. روش‌های ساخت فعلی مبتنی بر سیستم‌های اسکن مانند لیتوگرافی پرتو الکترونی (پرتو الکترونیکی) و تکنیک‌های پرتو یون متمرکز (FIB) است. اینها کند، گران هستند و اندازه فلزات را به چند میلی متر محدود می کنند. این امر تولید حجم زیاد را تقریباً غیرممکن می‌کند و به این معنی است که فلزات در حال حاضر گران هستند و برای کاربردهای با دیافراگم بزرگ مانند تلسکوپ‌ها بسیار کوچک هستند.

یک متا تلسکوپ

اکنون، محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و مرکز پروازهای فضایی ناسا-گودارد راه بسیار بهتری برای ساختن فلزات ابداع کرده‌اند. فرآیند آنها را می توان برای تولید در مقیاس بزرگ افزایش داد و می توان از آنها برای ایجاد فلزات با اندازه های دیافراگم بزرگ استفاده کرد که برای کاربردهای تلسکوپ مناسب هستند.

این تیم از لیتوگرافی عمیق فرابنفش (DUV) استفاده کردند که تکنیکی است که معمولا در صنعت نیمه هادی استفاده می شود. فرآیند آنها شامل الگوبرداری از روی یک ویفر سیلیسی چهار اینچی بود. لنز متا با قطر 80 میلی متر آنها به 16 قسمت تقسیم شد که با نمایش الگوهای یکسان در ربع های مختلف ویفر ترکیب شدند. دوخت الگو و چرخش ویفر نیاز به یک ماسک بزرگ گران قیمت را که تمام سطح را در معرض دید قرار می دهد، از بین برد.

مشخصات شدت

عملکرد فلزات با اندازه‌گیری مشخصات شدت پرتوهای لیزر متمرکز در محدوده طول موج گسترده‌ای که بین 1200 تا 1600 نانومتر را پوشش می‌دهد، مشخص شد. آزمایش‌ها نشان داد که فلزات می‌توانند نور را نزدیک به حد پراش در کل محدوده متمرکز کنند، علیرغم اینکه برای کار در 1450 نانومتر طراحی شده‌اند. با این حال، پراکندگی پراش فاصله کانونی را در سراسر محدوده طول موج تغییر داد - یک اثر مضر به نام انحراف رنگی.

قدرت تفکیک فلزات با استفاده از آن به عنوان یک عدسی شیئی در داخل یک تلسکوپ آزمایش شد. این تیم از این تلسکوپ برای تصویربرداری موفقیت آمیز از ویژگی های مختلف سطح ماه با حداقل اندازه ویژگی تفکیک تقریباً 80 کیلومتری استفاده کرد. این بهترین قدرت تفکیک گزارش شده برای این نوع فلزات تاکنون است.

سیستم های نسل بعدی

محقق اصلی شینگجی نی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا معتقد است که متاسرفیس ها می توانند یک تغییر دهنده بازی در اپتیک باشند، زیرا قابلیت بی سابقه آنها برای دستکاری نور آنها را به نامزدهای قدرتمندی برای سیستم های نوری نسل بعدی تبدیل می کند. او می‌گوید، به همین دلیل است که تیمش به ارتقای قابلیت‌های فراسطحی‌های مقیاس‌پذیر و سازگار با ساخت اختصاص یافته است.

ما قصد داریم تکنیک‌های طراحی خود را برای دستیابی به نانوساختارهای مقاوم در برابر نقص بهبود دهیم. این به ما امکان می‌دهد از فناوری تولید با حجم بالا مانند فتولیتوگرافی برای ساخت فلزات در مقیاس بزرگ که در محدوده مرئی کار می‌کنند و ترکیب طرح‌های نانوآنتن پیچیده‌تر، به عنوان مثال، نانوآنتن‌های آزاد شکل، برای جبران انحراف رنگی استفاده کنیم. دنیای فیزیک.

متاسرفیس ها به شکل دهی پرتوهای لیزر کمک می کنند

دین پینگ تسای در دانشگاه سیتی هنگ کنگ درگیر این تحقیق نبود و او فکر می‌کند که این کار سناریوهای کاری متالنزها را گسترش می‌دهد و الهام‌بخش تحقیق در مورد فلزات با دیافراگم‌های بزرگ خواهد بود. او می‌گوید که لیتوگرافی DUV می‌تواند برای دستیابی به تولید با توان بالا از فلزات ارزان قیمت با وضوح معقول استفاده شود. این امر باعث می شود تا اجزای سازنده وارد تجاری شوند و در سال های آینده بخشی از زندگی روزمره ما شوند.

تسای معتقد است که انحراف رنگی در فلزات ایالت پن، استفاده از آن را به کاربردهای تک رنگ محدود می کند. او همچنین خاطرنشان می کند که طراحی متا لنز آکروماتیک پهن باند پهن باند هنوز یک چالش بزرگ است و تقاضای زیادی دارد. علاوه بر این، او معتقد است که یک ماسک بزرگ روش ترجیحی برای ساختن فلزات است تا از خطاهای دوخت جلوگیری شود و فرآیند ساخت را ساده کند.

تحقیق در شرح داده شده است حروف نانو ACS.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/