Faseroptisches Filter ermöglicht neue Beobachtungen schwacher Sterne und Galaxien
Periodische Strukturen in Lichtleitern beseitigen störende Emissionslinien des Nachthimmels.
Physikochemiker der Universität Potsdam und Astrophysiker des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) haben gemeinsam mit Kollegen aus Sydney (Australien) ein komplexes optisches Filter vorgestellt, das Beobachtungen auch schwacher Sterne und Galaxien ermöglicht. Eine hochgradig verfeinerte Anwendung von Faser-Bragg-Gittern, die bisher in der physikalischen und chemischen Sensorik verwendet werden, erlaubt die Überwindung eines grundlegenden astronomischen Problems.
Abb.: Aufbau einer Testvariante zur Unterdrückung des Nachthimmels: Das Licht fällt auf eine Multi-to-Single-Mode-Fibre (MMF) und passiert eine photonische „Laterne“, in der parallel die Faser-Bragg-Gitter als Nachtlicht-Filter integriert sind. Schließlich fällt die gefilterte Strahlung auf ein Infrarot-Spektrometer. (Bild: J. Bland-Hawthorn, Nat. Commun.)
Das Licht von Galaxien, das von der Anfangszeit des Kosmos eine Reise von mehr als zehn Milliarden Jahren zurückgelegt hat, wird durch den Effekt der kosmologischen Rotverschiebung in den infraroten Spektralbereich verschoben. Infolge von Anregungsprozessen in der Hochatmosphäre leuchtet der Nachthimmel im Infraroten aber ebenso hell wie der Dämmerungshimmel im visuellen Spektralbereich. Schwache Sterne und Galaxien sind aufgrund dieser Aufhellung normalerweise nicht nachzuweisen.
Mit der jetzt realisierten Erfindung des hochkomplexen faseroptischen Filters wird dem abgeholfen. Durch die längs einer Lichtleitfaser eingeprägte periodische Struktur können störende Emissionslinien des Nachthimmels gezielt ausgefiltert werden. Auch das derzeit geplante European Extremely Large Telescope (E-ELT) könnte von der Innovation der Forscher profitieren, da die Erfindung eine optimierte Nutzung des E-ELT ermöglicht.
Weitere Anwendungen in der chemischen Sensorik und technologischen Entwicklung werden von den Forschern verfolgt. Hans-Gerd Löhmannsröben vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Potsdam sagt: „Faser-Bragg-Gitter finden bereits vielfältig Verwendung bei Temperatur- und Druckmessungen, zum Beispiel für seismische Messungen bei Erdbeben- und Vulkanmonitoring. Mit organischen Farbstoffen funktionalisierte optische Fasern dienen zur Detektion von molekularem Sauerstoff.“
Diese würden soweit miniaturisiert werden, dass Untersuchungen in lebenden biologischen Geweben und sogar in einzelligen Lebewesen, wie Mikroalgen, durchgeführt werden können. So würden wichtige physiologische Informationen unter anderem über Photosynthese und Hormonwirkungen erhalten.
U. Potsdam / PH
