Engineers create first flat telescope lens that can capture color while detecting light from faraway stars
traduit et commenté par R.O.HARTMANSDSDHENN
Des ingénieurs créent la première lentille plate pour télescope capable de capturer la couleur tout en détectant la lumière provenant d'étoiles lointaines
par Lexi Hall, Université de l'Utah
Des chercheurs de l'Utah ont démontré les capacités de leur lentille plate avec des images tests du soleil et de la lune. Crédit : Menon Lab, Université de l'Utah
Depuis des siècles, les lentilles fonctionnent de la même manière : du verre ou du plastique courbés courbent la lumière pour mettre au point les images. Mais les lentilles traditionnelles présentent un inconvénient majeur : plus elles doivent être puissantes, plus elles deviennent volumineuses et lourdes.
Les scientifiques cherchent depuis longtemps un moyen de réduire le poids des lentilles sans sacrifier leur fonctionnalité. Et bien qu'il existe des alternatives plus fines, elles ont tendance à être limitées dans leur capacité et sont généralement difficiles et coûteuses à fabriquer.
De nouvelles recherches menées par Rajesh Menon, professeur d'ingénierie à l'Université de l'Utah, et ses collègues du Price College of Engineering proposent une solution prometteuse applicable aux télescopes et à l'astrophotographie : une lentille plate à grande ouverture qui focalise la lumière aussi efficacement que les lentilles courbes traditionnelles tout en préservant la précision des couleurs.
L'étude, intitulée « Astrophotographie couleur avec une lentille plate en polymère de 100 mm de diamètre f/2 », est publiée dans Applied Physics Letters.
Cette technologie pourrait transformer les systèmes d'imagerie astrophotographique, en particulier dans les applications où l'espace est limité, comme sur les avions, les satellites et les télescopes spatiaux.
Leur étude a été menée par Apratim Majumder, membre du laboratoire Menon et professeur adjoint de recherche au département de génie électrique et informatique. Parmi les co-auteurs figurent Alexander Ingold et Monjurul Meem, membres du laboratoire Menon, Tanner Obray et Paul Ricketts du département de physique et d'astronomie, et Nicole Brimhall d'Oblate Optics.
Les lentilles courbent la lumière pour faire paraître les objets plus grands. Plus la lentille est épaisse et lourde, plus elle courbe la lumière et plus le grossissement est fort. Pour les appareils photo de tous les jours et les télescopes de jardin, l'épaisseur de la lentille n'est pas un gros problème.
Mais lorsque les télescopes doivent focaliser la lumière provenant de galaxies situées à des millions d'années-lumière, la majeure partie de leurs lentilles devient inutilisable. C'est pourquoi les télescopes d'observatoire et les télescopes spatiaux s'appuient plutôt sur des miroirs massifs et incurvés pour obtenir le même effet de courbure de la lumière, car ils peuvent être fabriqués beaucoup plus fins et plus légers que les lentilles.
Les scientifiques ont également essayé de résoudre le problème de l'encombrement en concevant des lentilles plates, qui manipulent la lumière d'une manière différente.
Un type existant, appelé plaque de zone de Fresnel (FZP), utilise des crêtes concentriques pour focaliser la lumière, plutôt qu'une surface épaisse et incurvée. Bien que cette méthode crée une lentille légère et compacte, elle présente un compromis : elle ne peut pas produire de vraies couleurs. Plutôt que de courber toutes les longueurs d'onde de la lumière visible sous le même angle, les crêtes d'une FZP les diffractent sous différents angles, ce qui produit une image avec des aberrations chromatiques, ou distorsions de couleur.
C'est là qu'interviennent Rajesh Menon et son équipe de l'Université de l'Utah. Leur nouvelle lentille plate offre la même puissance de courbure de la lumière que les lentilles courbes traditionnelles tout en évitant les distorsions de couleur des FZP.
Les anneaux concentriques d'indentations microscopiques sur la lentille plate des chercheurs sont optimisés pour mettre au point toutes les longueurs d'onde de la lumière en même temps. Crédit : Menon Lab, Université de l'Utah
"Nos techniques de calcul suggéraient que nous pourrions concevoir des lentilles plates diffractives à plusieurs niveaux avec de grandes ouvertures qui pourraient focaliser la lumière sur l'ensemble du spectre visible et nous disposons des ressources nécessaires dans l'Utah Nanofab pour les fabriquer", a déclaré Menon, qui dirige le laboratoire de nanotechnologies optiques de l'Université.
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L'innovation clé réside dans les anneaux concentriques microscopiques que les chercheurs peuvent modeler sur le substrat. Contrairement aux crêtes des FZP, qui sont optimisées pour une seule longueur d'onde, la taille et l'espacement des indentations de la lentille plate maintiennent les longueurs d'onde de lumière diffractées suffisamment proches pour produire une image en couleur et nette.
"La simulation des performances de ces lentilles sur une très large bande passante, du visible au proche infrarouge, a nécessité la résolution de problèmes informatiques complexes impliquant de très grands ensembles de données", a déclaré Majumder.
"Une fois que nous avons optimisé la conception des microstructures de la lentille, le processus de fabrication impliqué a nécessité un contrôle de processus très rigoureux et une stabilité environnementale".
Une lentille plate de grande taille et aux couleurs précises pourrait avoir des implications massives dans tous les secteurs, mais son application la plus immédiate est en astronomie. Les chercheurs ont démontré les capacités de leur lentille plate avec des images de test du soleil et de la lune.
« Notre démonstration est un tremplin vers la création d'objectifs plats légers à très grande ouverture, capables de capturer des images en couleur destinées à être utilisées dans des télescopes aériens et spatiaux », a déclaré Majumder.
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TRADUCRION DU RESUME
Des ingénieurs créent la première lentille plate pour télescope capable de capturer la couleur tout en détectant la lumière provenant d'étoiles lointaines
Pendant des siècles, les lentilles fonctionnent de la même manière : du verre ou du plastique courbés courbent la lumière pour mettre au point les images. Mais les lentilles traditionnelles présentent un inconvénient majeur : plus elles doivent être puissantes, plus elles deviennent volumineuses et lourdes.
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COMMENTAIRES
J 'avoue ne pas tyrop savoir évaluer ces détains technologiques et leur importance . Le verre plat c etait pour moi du verre a vitres ou du verre a miroirs .....Rien de plus !!!!
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More information: Apratim Majumder et al, Color astrophotography with a 100 mm-diameter f/2 polymer flat lens, Applied Physics Letters (2025). DOI: 10.1063/5.0242208
Journal information: Applied Physics Letters
Provided by University of Utah
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