Ver-infraroodtelescopen mengen het binnenkomende licht uit de ruimte met hun eigen ver-infraroodlaser om de spectrale resolutie te maximaliseren. Maar de huidige beschikbare lasers kunnen geen signaal produceren met een ideale vorm—een Gaussian beam. Yuner Gan, promovendus bij SRON en RUG, heeft nu een straalreinigingsapparaat ontwikkeld dat een laserstraal omvormt tot een Gaussian beam. Publicatie in Optics Express.
Objecten in het heelal staan zo ver weg dat zelfs licht soms miljarden jaren nodig heeft om naar ons toe te reizen. Wanneer het licht eindelijk op aarde arriveert, is het gedivergeerd tot zo’n zwak signaal dat we het niet eens meer met onze eigen ogen kunnen zien. Ver-infraroodtelescopen hebben grote spiegels om een maximale hoeveelheid licht op te vangen, maar toch moeten we alle zeilen bijzetten om de individuele spectraallijnen te onderscheiden. Daarom rusten we de telescopen uit met hun eigen ver-infraroodbron, om het binnenkomende licht te mengen met een referentiesignaal, wat resulteert in een betere spectrale resolutie. Helaas hebben de best beschikbare bronnen—kwantumcascadelasers—een vorm die verre van ideaal is. Dit kan lichtverlies veroorzaken als het licht van het ene naar het andere element reist binnen een instrument, of het kan het gedrag van het licht lastig te voorspellen maken, en zelfs ongewenst licht creëren dat op de detectoren valt.
Gaussian beam
Yuner Gan, promovendus bij SRON Netherlands Institute for Space Research en de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nu een apparaat ontwikkeld dat een gewone laserstraal omtovert tot een ideale vorm: een Gaussian beam. Het is een ver-infraroodfilter dat bestaat uit twee achter elkaar gemonteerde silicium lenzen, met een dunne goudlaag ertussen met een opening—het diafragma. Toen Gan het apparaat toepaste op een kwantumcascadelaser van 3,9 THz met een zwakke straal, kreeg ze een Gaussian beam met een transmissie-efficiëntie van ruim 30%–de verhouding tussen de energie in de output en de input. Dit is nog steeds een aanzienlijk rendement als je in ogenschouw neemt dat de intrinsieke transmissie van de twee siliciumlenzen zonder diafragma slechts 72% is, en ook gezien de relatief slechte inputbundel.
Dit werk komt voort uit een samenwerking tussen SRON, Rijksuniversiteit Groningen, TU Delft en het Massachusetts Institute of Technology.
Publicatie
Yuner Gan, Behnam Mirzaei, Sebastiaan van der Poel, Jose R. G. Silva, Matvey Finkel, Martin Eggens, Marcel Ridder, Ali Khalatpour, Qing Hu, Floris van der Tak, and Jian-Rong Gao, “3.9 THz spatial filter based on a back-to-back Si-lens system,” Opt. Express 28, 32693-32708 (2020)