NASA’s ballonmissie GUSTO neemt eind dit jaar de Nederlandse multi-pixelcamera van SRON en TU Delft naar de rand van de ruimte. Daar gaat hij de spectraallijnen observeren van geïoniseerde atomen tussen de sterren van de Melkweg. Als extra hardwarebijdrage levert SRON een zogenoemde Fourier fasetralie. De techniek daarachter is nu gepubliceerd in Optics Express.
Om de atomen en moleculen in het interstellaire medium te bestuderen, kijken astronomen naar hun vingerafdrukken in een specifiek type infraroodlicht: terahertzstraling. GUSTO heeft een camera aan boord op basis van zogenoemde heterodyne ontvangers om deze straling op te pikken. De ontvangers mixen een terahertzsignaal uit de ruimte met hun eigen signaal van een lokale oscillator om een microgolfsignaal te genereren, wat makkelijker te verwerken is voor wetenschappers. Met deze benadering kunnen ze de atomaire en moleculaire vingerafdrukken meten met een hoge spectrale resolutie van tenminste een miljoen. Het vereist een multi-pixel detector, die een oscillator nodig heeft met meerdere stralingsbundels van exact dezelfde frequentie en energie.
acht bundels
Behnam Mirzaei, instrument-wetenschapper bij SRON, maar werkzaam op de TU Delft bij de Optics Research Group, heeft een Fourier-fasetralie ontwikkeld die acht bundels van 4,7 THz genereert vanuit een enkele quantumcascasdelaser. De tralie heeft een structuur met een periodiek profiel volgens de Fouriertheorie en kan de fase van het gereflecteerde licht manipuleren om meerdere bundels op te wekken. Een moeilijkheid is dat GUSTO tweemaal vier bundels nodig heeft met strikte vereisten qua hoekafstanden en de uniformiteit van hun energie. Bovendien is de grootte van de inkomende bundel van de laser kleiner dan normaal.
asymmetrisch profiel
Om alsnog aan de voorwaarden te voldoen, heeft Mirzaei een nieuw concept toegepast op basis van een asymmetrisch profiel. De asymmetrische tralie breekt het licht in meerdere bundels die in verschillende richtingen reizen, met een ongelijke verdeling. Zo gebruikt de tralie de kleine omvang van de inkomende bundel om de vereiste hoekafstanden te creëren tussen de uitgaande bundels. Ter vergelijking: een conventionele symmetrische tralie zou een kleine inkomende bundel transformeren in uitgaande bundels met te grote hoekafstanden. De techniek is nu gepubliceerd in Optics Express.
Publicatie
Behnam Mirzaei, Yuner Gan, Matvey Finkel, Christopher Groppi, Abram Young, Christopher Walker, Qing Hu, and Jian-Rong Gao, “4.7 THz asymmetric beam multiplexer for GUSTO,” Optics Express 29, 24434-24445 (2021)