La necesidad de un telescopio espacial más grande inspira una lente holográfica flexible y liviana

Inspirándose en un concepto para descubrir exoplanetas con un telescopio espacial gigante, un equipo de investigadores está desarrollando lentes holográficas que convierten la luz estelar visible e infrarroja en una imagen enfocada o en un espectro. El método experimental podría usarse para crear una lente flexible y liviana, de muchos metros de diámetro, que podría enrollarse para su lanzamiento y desplegarse en el espacio.

Se utilizan dos ondas esféricas de luz para producir el holograma, lo que brinda un control preciso sobre la rejilla difractiva registrada en la película y el efecto que tiene sobre la luz, ya sea separando la luz con súper sensibilidad o enfocándola con alta resolución. Los investigadores creen que este modelo podría ser útil en aplicaciones que requieren una espectroscopia de resolución espectral extremadamente alta, como el análisis de exoplanetas.

Los telescopios que deben lanzarse al espacio (para beneficiarse de una vista sin obstáculos de la atmósfera de la Tierra) están limitados por el peso y el volumen de los espejos de vidrio utilizados para enfocar la luz. Estos espejos pueden abarcar de manera realista solo unos pocos metros de diámetro. Por el contrario, la lente holográfica flexible y liviana, más propiamente llamada "elemento óptico holográfico", utilizada para enfocar la luz podría tener decenas de metros de ancho. Tal instrumento podría usarse para observar directamente un exoplaneta, un salto sobre los métodos actuales que detectan exoplanetas en función de su efecto sobre la luz que proviene de la estrella que orbitan.

“Para encontrar la Tierra 2.0, realmente queremos ver exoplanetas mediante imágenes directas; necesitamos poder mirar la estrella y ver el planeta separado de la estrella. Y para eso, necesitamos alta resolución y un telescopio realmente grande”, dijo la profesora Heidi Jo Newberg.

El elemento óptico holográfico es una versión refinada de una lente Fresnel, una categoría de lentes que utilizan anillos concéntricos de prismas dispuestos en un plano plano para imitar la capacidad de enfoque de una lente curva sin volumen. El concepto de la lente de Fresnel, que se desarrolló para su uso en faros, data del siglo XIX, y las lentes de Fresnel modernas de vidrio o plástico se encuentran en lámparas de automóviles, microóptica y pantallas de cámaras.

Pero si bien los elementos ópticos holográficos de Fresnel, creados al exponer una película de plástico sensible a la luz a dos fuentes de luz a diferentes distancias de la película, no son infrecuentes, los métodos existentes se han limitado a lentes que solo pueden enfocar la luz, en lugar de separarla en sus colores constituyentes.

El nuevo método permite a los diseñadores enfocar la luz en un solo punto o dispersarla en sus colores constituyentes, produciendo un espectro de colores puros. El método utiliza dos fuentes de luz, ubicadas muy cerca una de la otra, que crean ondas de luz concéntricas que, a medida que viajan hacia la película, se acumulan o se anulan entre sí. Este patrón de convergencia o interferencia se puede ajustar en función de fórmulas desarrolladas por el profesor visitante Mei-Li Hsieh. Se imprime, o se "graba", en la película como una imagen holográfica y, dependiendo de cómo esté estructurada la imagen, la luz que pasa a través del elemento óptico holográfico se enfoca o se estira.