Для гигантских телескопов детали будут вырезаться лазерами

Новые телескопы с зеркалами размером с половину футбольного поля потребуют специальных компонентов для обработки света, который они собирают. Астрономы сейчас обращаются к фотонным устройствам, которые направляют и изменяют свет внутри специально спроектированных материалов. И для производства таких устройств учёные планируют использовать лазеры, которые будут вырезать в материале трёхмерные микроскопические пути.

На стыке двух наук – астрономии и фотоники, оптический аналог электроники, сейчас образовалась новая наука – астрофотоника. Она развивается примерно уже 10 лет и её плоды позволили произвести многие из современных наблюдений.

Для телескопов Extremely Large Telescope (ELT), диаметр зеркал которых 20 м и более, как раз и будут применяться фотонные устройства. Например, 42 м телескоп European ELT, который планируется построить в ближайшее время, сможет заглянуть на самый край Вселенной и увидеть галактики такими, какими они были ещё в самом начале своего формирования, также он сможет определить возраст и найти истоки формирования многих звёзд в нашей галактике и в близлежащих. Такая галактическая археология требует одновременного сбора света от множества объектов и анализа каждого из них по отдельности. Типичным количеством объектов, свет от которых одновременно должны анализировать ELT, является 100000.

Если для таких телескопов строить увеличенные версии обычных устройств, то это потребует необычайно прочных материалов, слишком большой оптики и будет стоить очень дорого. Фотонные же устройства будут достаточно маленькими и смогут выполнять задачи, которые на них возложат ELT. Для их создания будет использоваться технология Ultrafast Laser Inscription (ULI), применяющая ультрабыстрые лазерные импульсы – самые быстрые явления, которые смогло сделать человечество.

Такие импульсы длятся меньше пикосекунды (10 в -12 степени с) и обладают мощностью 10 ГВт. Когда этот луч сфокусирован на материал, он может изменить его оптические свойства в микроскопическом регионе. Обычно импульсы изменяют индекс рефракции материала, который определяет скорость распространения света в материале. Изменяя индексы рефракции на протяжении одной линии учёные смогли создать оптическую линию толщиной всего в волос, которая может изменять свет заданным образом.

Конечно, у этих устройств есть и недостатки – в них теряется довольно много света, по этому их нельзя делать длинной больше нескольких десятков см, и пока не удаётся создать очень точные оптические пути, по этому устройства должны быть относительно большими, чтобы не происходило лишних потерь света. Но учёные работают над улучшением этой технологии и, со временем, надеятся преодолеть эти ограничения. Дополнительно можно сказать, что статья об этой технологии опубликована в журнале Optics Express, издаваемом Optical Society (OSA).