Le besoin d'un télescope spatial plus grand inspire une lentille holographique flexible et légère

Inspirée par un concept de découverte d'exoplanètes avec un télescope spatial géant, une équipe de chercheurs développe des lentilles holographiques qui restituent la lumière des étoiles visible et infrarouge en une image focalisée ou un spectre. La méthode expérimentale pourrait être utilisée pour créer une lentille flexible légère, de plusieurs mètres de diamètre, qui pourrait être enroulée pour le lancement et déployée dans l'espace.

Deux ondes lumineuses sphériques sont utilisées pour produire l'hologramme, ce qui permet un contrôle précis du réseau diffractif enregistré sur le film et de son effet sur la lumière, soit en séparant la lumière avec une super sensibilité, soit en la focalisant avec une haute résolution. Les chercheurs pensent que ce modèle pourrait être utile dans les applications nécessitant une spectroscopie à résolution spectrale extrêmement élevée, telles que l'analyse des exoplanètes.

Les télescopes qui doivent être lancés dans l'espace (pour bénéficier d'une vue sans entrave par l'atmosphère terrestre) sont limités par le poids et l'encombrement des miroirs en verre utilisés pour focaliser la lumière. Ces miroirs ne peuvent raisonnablement s'étendre que sur quelques mètres de diamètre. En revanche, la lentille holographique flexible légère - plus correctement appelée «élément optique holographique» - utilisée pour focaliser la lumière pourrait mesurer des dizaines de mètres de diamètre. Un tel instrument pourrait être utilisé pour observer directement une exoplanète, un saut par rapport aux méthodes actuelles qui détectent les exoplanètes en fonction de leur effet sur la lumière provenant de l'étoile autour de laquelle elles orbitent.

"Pour trouver la Terre 2.0, nous voulons vraiment voir les exoplanètes par imagerie directe - nous devons être capables de regarder l'étoile et de voir la planète séparée de l'étoile. Et pour cela, nous avons besoin d'une haute résolution et d'un très grand télescope », a déclaré le professeur Heidi Jo Newberg.

L'élément optique holographique est une version raffinée d'une lentille de Fresnel, une catégorie de lentilles qui utilisent des anneaux concentriques de prismes disposés dans un plan plat pour imiter la capacité de focalisation d'une lentille incurvée sans encombrement. Le concept de la lentille de Fresnel - qui a été développée pour être utilisée dans les phares - remonte au XIXe siècle, avec les lentilles de Fresnel modernes en verre ou en plastique que l'on trouve dans les lampes d'automobile, les micro-optiques et les écrans d'appareil photo.

Mais alors que les éléments optiques holographiques de Fresnel - créés en exposant un film plastique photosensible à deux sources de lumière à différentes distances du film - ne sont pas rares, les méthodes existantes ont été limitées aux lentilles qui ne pouvaient que focaliser la lumière, plutôt que de la séparer en ses couleurs constitutives.

La nouvelle méthode permet aux concepteurs de concentrer la lumière sur un seul point ou de la disperser dans ses couleurs constitutives, produisant un spectre de couleurs pures. La méthode utilise deux sources de lumière, positionnées très près l'une de l'autre, qui créent des ondes lumineuses concentriques qui, lorsqu'elles se dirigent vers le film, se construisent ou s'annulent. Ce modèle de convergence ou d'interférence peut être réglé sur la base de formules développées par le professeur invité Mei-Li Hsieh. Il est imprimé ou "enregistré" sur le film sous forme d'image holographique et, selon la structure de l'image, la lumière traversant l'élément optique holographique est soit focalisée, soit étirée.