Австралийские и европейские физики создали «фотонный фонарь», установка которого на лучшие наземные инфракрасные телескопы поднимет качество их снимков до уровня космических инфракрасных обсерваторий.

Джонатан Бланд-Хауторн (Jonathan Bland-Hawthorn) из Сиднейского университета (Австралия) и его коллеги описали технологию производства таких приборов и их практическую демонстрацию в статье в журнале Nature Communications.

Изучение космоса в инфракрасном и микроволновом диапазоне затруднено тем, что атмосфера Земли заполнена частицами, излучающими в этих диапазонах частот.

Главным «загрязнителем» инфракрасной картины Вселенной выступают молекулы водяного пара, испускающие излучение с длиной волны в несколько микрометров. Это вынуждает стоить наземные инфракрасные обсерватории на большой высоте, в наиболее сухих и климатически стабильных местах – например, в чилийской пустыне Атакама или на горе Мауна-Кеа на Гавайских островах.

Научный коллектив под руководством Бланда-Хауторна решил эту проблему при помощи светофильтра, который состоит из набора Брэгговских оптоволоконных отражателей с широким спектром действия и двух «фотонных фонарей».

Оптоволоконный отражатель похож по своему внешнему виду на прозрачный забор, в котором чередуются кусочки из оптоволокна со строго заданными парами значений преломления и отражения света. Такая структура не пропускает свет с определенной частотой волны и отражает его обратно. Исследователи несколько модифицировали и улучшили классическую структуру отражателя, приспособив его для подавления набора из множества узких линий спектра.

«Фотонный фонарь» Бланда-Хауторна и его коллег состоит из тонких оптических волокон, пропускающих один луч света. Пучок этих световодов встроен в прозрачный купол из материала с меньшим коэффициентом преломления.

Бутылкообразная форма оболочки играет важную роль, так как именно она «дирижирует» объединением отдельных лучей света в единый поток фотонов (либо разделением одного луча на составляющие).

Ученые подготовили рабочий фильтр, присоединив Брэгговские отражатели к окончаниям двух «фотонных фонарей» – такое устройство делит свет на составляющие, «вырезает» ненужные волны и склеивает его обратно. Для проверки работы прибора исследователи подключили свое изобретение к инфракрасному спектрографу в обсерватории Сайдинг Спринг в юго-восточной части Австралии.

Результаты работы устройства превзошли все ожидания ученых – «фотонный фонарь» успешно подавил 63 самых ярких линий спектра, которые ассоциируются с излучением водяного пара. По словам физиков, уровень помех был ниже порога чувствительности спектрометра.

Авторы работы считают, что более совершенные версии их изобретения помогут «открыть новую дорогу для наземных исследований инфракрасной Вселенной при помощи современных 8-метровых и будущих 30-метровых телескопов».