|
Технология для обнаружения экзопланет
|
|
|
|
Исследователи разработали новую технологию, которая позволяет формировать спектр света, излучаемого лазерным частотным гребнем, в видимой и ближней инфракрасной областях спектра с большей точностью, чем это было возможно ранее. Этот прогресс может стать новым важным инструментом в поиске планет, похожих на Землю, за пределами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
При поиске экзопланет астрономы используют высокоточную спектроскопию, чтобы обнаружить крошечные изменения в звездном свете, которые выявляют едва заметное "колебание" звезды из-за вращения планеты по орбите. Но для планет размером с Землю эти изменения длины волны меньше, чем естественная нестабильность спектрографа, поэтому для обеспечения ориентира необходимы лазерные частотные гребенки - лазеры, которые излучают тысячи равномерно расположенных спектральных линий, действующих как точные линейки длин волн.
|
|
|
|
"Для астрономов большой наградой было бы найти планету с массой, подобной Земной, и обращающуюся вокруг звезды, похожей на наше Солнце", - сказал руководитель исследовательской группы Деррик Т. Рид из Университета Хериот-Ватт в Великобритании: "Наш спектральный формирователь может сделать линии на частотной гребенке лазера более однородными, что позволяет спектрографу обнаруживать движения небольших звезд, таких как движения планет земного типа, которые в противном случае были бы скрыты за шумом".
|
|
|
|
|
|
|
В своей статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи показывают, что, используя свой новый метод формирования спектра с помощью лабораторного астрономического спектрографа, они могут точно контролировать 10 000 отдельных световых линий, что примерно в 10 раз улучшает производительность по сравнению с предыдущими подходами.
|
|
|
|
"Несмотря на то, что спектральные формирователи находят непосредственное применение в астрономических приборах, они являются универсальными инструментами", - сказал Рид. "Эта технология также может принести пользу в таких областях, как телекоммуникации, квантовая оптика и усовершенствованный радар, где точный контроль формы света в широких диапазонах частот может повысить точность передачи сигнала, ускорить передачу данных и улучшить манипулирование квантовыми состояниями".
|
|
|
|
Формирование спектра
|
|
|
|
Спектральные формирователи используются для точной настройки света для получения точно определенных спектральных характеристик. Например, если бы источник света имел большую интенсивность в длинноволновой красной части спектра, можно было бы использовать формирователь спектра для ослабления этих длин волн, чтобы получить спектр с более сбалансированным распределением мощности.
|
|
|
|
Этот тип формирования спектра может быть выполнен, например, с помощью призмы, которая разделяет белый свет на различные длины волн вдоль линии, образуя единый спектр. Однако этот одномерный линейчатый спектр плохо согласуется с двумерной сеткой пикселей в пространственном модуляторе света. Пространственные модуляторы света позволяют программировать попиксельное управление интенсивностью и фазой света по всему спектру, обеспечивая формирование сложных источников света с высоким разрешением, таких как лазерные частотные гребенки, где каждый режим можно регулировать независимо.
|
|
|
|
"Для создания нашего спектрального формирователя мы вдохновились астрономическими спектрографами на больших телескопах, которые разделяют спектр света на множество рядов - формат, позволяющий более эффективно использовать двумерные датчики камеры с высоким разрешением", - сказал Рейд. "Заменив камеру, обычно используемую в спектрографах, пространственным модулятором света, мы смогли управлять спектром света в широкой полосе пропускания гораздо точнее, чем когда-либо прежде".
|
|
|
|
Сопоставив каждую линию частотной гребенки с уникальной группой пикселей, исследователи смогли управлять каждой линией независимо, что дало им возможность придавать спектру любую желаемую форму.
|
|
|
|
Управление частотой следующего уровня
|
|
|
|
Поскольку было невозможно разработать технологию на обычном астрономическом спектрографе на базе телескопа, исследователи создали его версию в своей лаборатории. Они написали алгоритм, который сравнивал измеренный спектр с выбранной формой объекта, а затем настраивал пространственный модулятор света до тех пор, пока он не совпадал.
|
|
|
|
Они протестировали способность spectral shaper формировать спектр в различные формы, включая сглаживание или выделение различных гребенчатых линий. В демонстрационных целях они также запрограммировали различные фотографии в качестве целевых фигур на двумерном спектрографе, сопоставив пиксели каждой фотографии с отдельными лазерными гребенчатыми линиями.
|
|
|
|
Эти эксперименты показали, что они могут осуществлять точное регулирование амплитуды 10 000 гребенчатых мод — "зубцов" частотной гребенки — в диапазоне от 580 до 950 нм, при этом отношение полосы пропускания к разрешению превышает 20 000. Для сравнения, в предыдущих демонстрациях построчной модуляции сообщалось об управлении сотнями режимов расчесывания с соотношением полосы пропускания: разрешение в несколько тысяч раз.
|
|
|
|
В настоящее время команда работает над тестированием спектрального формирователя на Большом телескопе Южной Африки, где они оценят его эффективность во время реальных наблюдений.
|
|
|
|
Источник
|
