Araştırmacılar, bir lazer frekans tarağından yayılan ışığın spektrumunu görünür ve yakın kızılötesi dalga boyları boyunca daha önce mümkün olandan daha fazla hassasiyetle şekillendirebilen yeni bir teknoloji geliştirdiler. Bu ilerleme, güneş sistemimiz dışındaki Dünya benzeri gezegenlerin aranmasında önemli bir yeni araç sağlayabilir.
Gökbilimciler, dış gezegenleri ararken, bir yıldızın inceliklerini ortaya çıkaran yıldız ışığındaki küçük değişimleri tespit etmek için yüksek hassasiyetli spektroskopiyi kullanıyor “sallanmak” Yörüngedeki bir gezegen nedeniyle. Ancak Dünya büyüklüğündeki gezegenler için bu dalga boyu değişiklikleri, spektrografın doğal kararsızlıklarından daha küçüktür, bu nedenle, hassas dalga boyu cetvelleri gibi davranan bir referans sağlamak için lazer frekans taraklarına (binlerce eşit aralıklı spektral çizgi yayan lazerlere) ihtiyaç vardır.
“Gökbilimciler için büyük ödül, Dünya’ya benzer kütleye sahip ve Güneşimize benzer bir yıldızın etrafında dönen bir gezegen bulmak olacak.” Birleşik Krallık’taki Heriot-Watt Üniversitesi’nden araştırma ekibi lideri Derryck T. Reid şunları söyledi: “Spektral şekillendiricimiz, lazer frekans tarağı üzerindeki çizgileri daha düzgün hale getirebilir, bu da spektrografın, aksi takdirde gürültüde gizlenecek olan Dünya benzeri gezegenlerden gelenler gibi daha küçük yıldız hareketlerini tespit etmesine olanak tanır.”
‘da yayınlanan makalelerinde OptikAraştırmacılar, laboratuvar tabanlı bir astronomik spektrograf ile yeni spektral şekillendirme yöntemini kullanarak, 10.000 ayrı ışık hattını hassas bir şekilde kontrol edebildiklerini, bu da önceki yaklaşımlara göre kabaca 10 kat performans artışı sağladığını gösteriyor.
“Astronomi enstrümantasyonunda acil bir uygulama olmasına rağmen, spektral şekillendiriciler çok yönlü araçlardır.” dedi Reid. “Bu teknoloji aynı zamanda telekomünikasyon, kuantum optiği ve gelişmiş radar gibi geniş bant genişlikleri boyunca ışığın şekli üzerinde hassas kontrolün sinyal doğruluğunu artırabildiği, daha hızlı veri aktarımını mümkün kıldığı ve kuantum durumlarının manipülasyonunu geliştirebildiği alanlara da fayda sağlayabilir.”
Spektrumu şekillendirmek
Spektral şekillendiriciler, kesin olarak tanımlanmış spektral özellikler üretmek üzere ışığın ince ayarını yapmak için kullanılır. Örneğin, bir ışık kaynağının spektrumun daha uzun dalga boylu kırmızı kısmında daha fazla yoğunluğu varsa, daha dengeli bir güç dağılımına sahip bir spektrum oluşturmak için bu dalga boylarını zayıflatmak üzere bir spektral şekillendirici kullanılabilir.
Bu tür spektral şekillendirme, örneğin beyaz ışığı bir çizgi boyunca çeşitli dalga boylarına bölerek tek bir spektrum oluşturan bir prizma kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, bu tek boyutlu çizgi spektrumu, uzaysal ışık modülatöründeki iki boyutlu piksel ızgarasıyla iyi bir şekilde eşleşmez. Uzamsal ışık modülatörleri, spektrum boyunca ışığın yoğunluğunun ve fazının programlanabilir, piksel piksel kontrolünü mümkün kılarak, her modun bağımsız olarak ayarlanabildiği lazer frekans tarakları gibi karmaşık kaynakların yüksek çözünürlüklü şekillendirilmesine olanak tanır.
“Spektral şekillendiricimiz için, ışık spektrumunu birçok sıraya bölen, yüksek çözünürlüklü iki boyutlu kamera sensörlerini daha verimli kullanan bir format olan büyük teleskoplardaki astronomik spektrograflardan ilham aldık.” dedi Reid. “Tipik olarak spektrograflarda kullanılan kameranın yerine uzaysal bir ışık modülatörü koyarak, geniş bir bant genişliği boyunca ışık spektrumunu her zamankinden çok daha hassas bir şekilde kontrol edebildik.”
Araştırmacılar, her bir frekans tarak çizgisini benzersiz bir piksel grubuna eşleyerek her bir çizgiyi bağımsız olarak kontrol edebildiler ve bu da onlara spektrumu istedikleri herhangi bir şekle şekillendirme yeteneği kazandırdı.
Sonraki seviye frekans kontrolü
Teknolojiyi gerçek bir teleskop tabanlı astronomik spektrograf üzerinde geliştirmek mümkün olmadığından, araştırmacılar laboratuvarlarında bunun bir versiyonunu oluşturdular. Ölçülen spektrumu seçilen bir hedef şekliyle karşılaştıran ve ardından uzaysal ışık modülatörünü eşleşene kadar ayarlayan bir algoritma yazdılar.
Spektral şekillendiricinin, farklı tarak çizgilerini düzleştirmek veya izole etmek de dahil olmak üzere spektrumu farklı desenlere şekillendirme yeteneğini test ettiler. Gösterim amacıyla, çeşitli fotoğrafları iki boyutlu spektrografta hedef şekiller olarak programladılar ve her fotoğrafın piksellerini ayrı lazer tarak çizgileriyle eşleştirdiler.
Bu deneyler, 10.000 tarak modunun hassas genlik kontrolünü başarabildiklerini gösterdi. “dişler” frekans tarağının genişliği – 580 ila 950 nm’yi kapsar ve bant genişliği:çözünürlük oranı 20.000’i aşar. Karşılaştırma için, önceki satır satır modülasyon gösterimlerinde bant genişliği:çözünürlük oranları birkaç bin olan yüzlerce tarak modunun kontrolü rapor ediliyordu.
Ekip şu anda Güney Afrika Büyük Teleskobu’nda spektral şekillendiriciyi test etmek için çalışıyor ve burada gerçek gözlemler sırasında performansını değerlendirecekler.
