बड़े एपर्चर वाले टेलीस्कोप से चंद्रमा की तस्वीरें आती हैं

अमेरिका में शोधकर्ताओं द्वारा ऑप्टिकल मेटासर्फेस के व्यावहारिक उपयोग की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया गया है। टीम ने बड़े एपर्चर, फ्लैट मेटलेंस का उत्पादन करने के लिए एक सामान्य अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया का उपयोग किया। इसके ऑप्टिकल प्रदर्शन को चंद्रमा पर लक्षित एक साधारण टेलीस्कोप में ऑब्जेक्टिव लेंस के रूप में उपयोग करके प्रदर्शित किया गया था। टेलीस्कोप ने बेहतर संकल्प शक्ति हासिल की और चंद्रमा की सतह की स्पष्ट छवियां तैयार कीं।

टेलीस्कोप का इस्तेमाल 400 से अधिक वर्षों से ब्रह्मांड में देखने के लिए किया गया है। 1600 के दशक की शुरुआत में, गैलीलियो गैलीली ने बृहस्पति के चंद्रमाओं का निरीक्षण करने के लिए एक दूरबीन का इस्तेमाल किया और पिछले साल जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने ब्रह्मांड की शानदार छवियां लेना शुरू किया।

पेशेवर खगोलविदों द्वारा आज उपयोग की जाने वाली दूरबीनें बड़ी और भारी होती हैं, जो अक्सर इस बात पर सीमा लगाती हैं कि उनका उपयोग कैसे और कहाँ किया जा सकता है। इन उपकरणों का आकार उनके बड़े एपर्चर और अक्सर-जटिल बहु-तत्व ऑप्टिकल सिस्टम का परिणाम होता है जो विपथन को खत्म करने और वांछित उच्च प्रदर्शन प्रदान करने के लिए आवश्यक होते हैं।

इंजीनियर नैनोस्ट्रक्चर

ऑप्टिकल मेटासर्फेस टेलीस्कोप और अन्य ऑप्टिकल सिस्टम को छोटा और सरल बनाने का एक संभावित तरीका प्रदान करता है। ये इंजीनियर्ड नैनोस्ट्रक्चर हैं जिन्हें कृत्रिम ऑप्टिकल एंटेना की एक श्रृंखला के रूप में माना जा सकता है (चित्र देखें)। ये एंटेना प्रकाश, परिवर्तन, उदाहरण के लिए, इसके आयाम, चरण और ध्रुवीकरण में हेरफेर कर सकते हैं।

इन मेटासर्फ्स को प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है, जिससे धातु का निर्माण होता है जो पारंपरिक प्रकाशिकी पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सकता है। उदाहरण के लिए, पारंपरिक प्रकाशिकी की तुलना में धातु की सपाट सतह गोलाकार विपथन से मुक्त होती है और धातु बहुत पतली और वजन में कम होती है।

हालाँकि, धातु का उत्पादन अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। वर्तमान निर्माण विधियाँ इलेक्ट्रॉन-बीम (ई-बीम) लिथोग्राफी और केंद्रित आयन बीम (FIB) तकनीकों जैसे स्कैनिंग सिस्टम पर आधारित हैं। ये धीमे, महंगे हैं, और धातु के आकार को केवल कुछ मिलीमीटर तक सीमित करते हैं। यह बड़ी मात्रा में उत्पादन को लगभग असंभव बना देता है और इसका मतलब है कि वर्तमान में टेलिस्कोप जैसे बड़े-एपर्चर अनुप्रयोगों के लिए धातुएं महंगी और बहुत छोटी हैं।

एक मेटा-दूरबीन

अब, पेन्सिलवेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी और नासा-गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर के शोधकर्ता मेटलेंस बनाने का एक बेहतर तरीका लेकर आए हैं। उनकी प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बढ़ाया जा सकता है और टेलीस्कोप अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बड़े एपर्चर आकार वाले धातु बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

टीम ने डीप-पराबैंगनी (DUV) लिथोग्राफी का इस्तेमाल किया, जो सेमीकंडक्टर उद्योग में आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है। उनकी प्रक्रिया में चार इंच के सिलिका वेफर के शीर्ष को प्रतिरूपित करना शामिल था। उनके 80-मिमी-व्यास वाले मेटा-लेंस को 16 भागों में विभाजित किया गया था जो वेफर के विभिन्न चतुर्भुजों पर समान पैटर्न को उजागर करके संयुक्त थे। पैटर्न स्टिचिंग और वेफर रोटेशन ने महंगे सिंगल बड़े मास्क की आवश्यकता को समाप्त कर दिया जो पूरी सतह को उजागर करता है।

तीव्रता प्रोफ़ाइल

1200-1600 एनएम फैले व्यापक तरंग दैर्ध्य रेंज पर केंद्रित लेजर बीम की तीव्रता प्रोफ़ाइल को मापने के द्वारा धातुओं के प्रदर्शन की विशेषता थी। परीक्षणों से पता चला है कि 1450 एनएम पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए जाने के बावजूद, धातु पूरी तरह से विवर्तन सीमा के करीब प्रकाश को केंद्रित कर सकते हैं। हालाँकि, विवर्तनिक फैलाव ने तरंग दैर्ध्य रेंज में फोकल लंबाई को अलग-अलग किया - एक हानिकारक प्रभाव जिसे रंगीन विपथन कहा जाता है।

टेलिस्कोप के अंदर ऑब्जेक्टिव लेंस के रूप में इसका उपयोग करके धातुओं की संकल्प शक्ति का परीक्षण किया गया था। टीम ने टेलीस्कोप का उपयोग लगभग 80 किमी के न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन फ़ीचर आकार के साथ चंद्रमा की सतह की विभिन्न विशेषताओं की सफलतापूर्वक छवि बनाने के लिए किया। इस प्रकार के धातुओं के लिए यह अब तक की सबसे अच्छी रिजॉल्यूशन पावर है।

अगली पीढ़ी के सिस्टम

प्रमुख शोधकर्ता जिंगजी नी पेन्सिलवेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी में का मानना ​​है कि मेटासर्फ्स प्रकाशिकी में एक गेम परिवर्तक हो सकता है, क्योंकि प्रकाश हेरफेर के लिए उनकी अभूतपूर्व क्षमता उन्हें अगली पीढ़ी के ऑप्टिकल सिस्टम के लिए शक्तिशाली उम्मीदवार बनाती है। वह कहते हैं, यही कारण है कि उनकी टीम स्केलेबल, फैब्रिकेशन-फ्रेंडली मेटासर्फ्स की क्षमताओं को आगे बढ़ाने के लिए समर्पित है।

"हम फैब्रिकेशन-अपूर्णता-सहिष्णु नैनोस्ट्रक्चर प्राप्त करने के लिए अपनी डिजाइन तकनीकों में सुधार करने की योजना बना रहे हैं। यह हमें उच्च-मात्रा निर्माण तकनीक का उपयोग करने की अनुमति देगा जैसे कि फोटोलिथोग्राफी बड़े पैमाने पर मेटलेंस को दृश्यमान रेंज में काम करने के लिए और अधिक जटिल नैनोएन्टेना डिजाइनों को शामिल करने के लिए, उदाहरण के लिए, मुक्त आकार के नैनोएन्टेना, रंगीन विपथन की भरपाई करने के लिए, "वह बताता है भौतिकी की दुनिया.

मेटासर्फेस लेजर बीम को आकार देने में मदद करते हैं

दीन पिंग त्साई हांगकांग के सिटी विश्वविद्यालय में अनुसंधान में शामिल नहीं था और वह सोचता है कि यह काम मेटलेंस के कामकाजी परिदृश्यों का विस्तार करता है और बड़े एपर्चर के साथ मेटलेंस पर शोध को प्रेरित करेगा। उनका कहना है कि डीयूवी लिथोग्राफी का उपयोग उचित रिज़ॉल्यूशन के साथ कम लागत वाले मेटलेंस के उच्च थ्रूपुट निर्माण को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। यह घटकों को व्यावसायीकरण में लाएगा और आने वाले वर्षों में उन्हें हमारे दैनिक जीवन का हिस्सा बना देगा।

त्साई का मानना ​​है कि पेन स्टेट मेटलेंस में रंगीन विपथन इसके उपयोग को मोनोक्रोमैटिक अनुप्रयोगों तक सीमित करता है। उन्होंने यह भी बताया कि बड़े क्षेत्र के ब्रॉडबैंड एक्रोमैटिक मेटा-लेंस का डिज़ाइन अभी भी एक बड़ी चुनौती है और इसकी बहुत माँग है। इसके अलावा, उनका मानना ​​​​है कि सिलाई की त्रुटियों से बचने और निर्माण प्रक्रिया को सरल बनाने के लिए धातु बनाने के लिए एक बड़ा मुखौटा पसंदीदा तरीका है।

में अनुसंधान वर्णित है ACS नैनो लेटर्स.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/