Na zorgvuldig schemerige objecten aan de nachtelijke hemel te hebben bekeken, u wilt geen kostbaar signaal verspillen op weg van de telescoopschotel naar de detector. Maar in het geval van verre-infraroodastronomie, het is niet zo eenvoudig als het klinkt om het signaal efficiënt te transporteren. In feite, het is zelfs een poging om de exacte hoeveelheid signaal te meten die verloren gaat. Wetenschappers van SRON en TU Delft hebben nu een nieuwe, eenvoudigere manier om het signaalverlies te bepalen. Tijdens het proces ontwierpen ze een signaaldragende microstrip voor het DESHIMA-2-instrument dat slechts 1 op 4 verliest, 900 fotonen. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast .

De atmosfeer van de aarde blokkeert de meeste straling die uit de ruimte komt, daarom gebruiken astronomen graag satellieten voor een ongestoord zicht op het heelal. Dit heeft echter een hoge prijs, omdat ruimte-instrumenten uiterst betrouwbaar en zo klein mogelijk moeten zijn. Ver-infraroodstraling bestaat uit enkele van de weinige golflengten die onze atmosfeer doorlaat. Dus als je geïnteresseerd bent in objecten die ver-infrarood uitzenden, zoals planetenstelsels of sterrenstelsels ver, ver weg van lang geleden, je zou ook een telescoop op de grond kunnen bouwen. Dit was precies wat wetenschappers dachten toen ze het Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) in Chili ontwierpen. Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben een ver-infrarood instrument uitgevonden voor ASTE, genaamd DESHIMA, en ontwikkelt nu zijn opvolger DESHIMA-2 samen met medewerkers in Nederland en Japan.

Omdat vroege sterrenstelsels zo ver weg zijn en planetenstelsels zo zwak zijn, we moeten voorzichtig zijn met het schaarse licht dat we met onze telescopen verzamelen, zelfs als ze schotels van vele meters breed dragen. Dus het DESHIMA hardwareteam, onder leiding van Jochem Baselmans (SRON/TU Delft), probeert het signaalverlies te verminderen. Het binnenkomende signaal kaatst honderden keren heen en weer voordat het de vereiste afstand tot de detector heeft afgelegd, het verlies bij elke bounce vergroten. Dus als u het verlies bij elke bounce vermindert, het totale verlies daalt dramatisch.

Voor DESHIMA-2, het team streeft naar een verlies van slechts 0,02% per bounce. "Om vroege sterrenstelsels in meer detail te bestuderen, we hebben een spectrale resolutie van 500 nodig, ", zegt Baselmans. "In dat geval, zelfs als je 0,2% per bounce verliest, je hebt de helft van het signaal verloren wanneer het de detector bereikt. We moeten het verlies terugbrengen tot 1 op 5, 000, dus 0,02% om de meeste verzamelde straling uit de ruimte te behouden."

Momenteel is het team er bijna, met een zogenaamde microstrip die het signaal transporteert met een verlies van slechts 1 op 4, 900. Misschien was het moeilijkste deel niet eens dit niveau bereiken, maar eerder precies meten dat de microstrip zich daadwerkelijk op dat niveau bevindt. Sebastian Hähnle, wie leidde deze inspanning, beschrijft zijn nieuwe meetmethode in Physical Review Applied, instrumentwetenschappers over de hele wereld in staat stellen om voor het eerst de mogelijkheden van de microstrip waar ze aan werken echt te kennen. In de toekomst, instrumenten zullen alleen maar complexer worden, waardoor deze nieuwe methode nog noodzakelijker wordt.

Om een ​​microstrip te definiëren, wetenschappers willen het zogenaamde interne verlies weten. Maar als je in een laboratorium gewoon het uitgaande signaal aftrekt van het inkomende signaal, je krijgt een combinatie van het interne verlies en het koppelingsverlies, wat gebeurt wanneer het signaal terugkaatst. Je moet ze dus van elkaar onderscheiden. Nutsvoorzieningen, Hähnle heeft een nieuwe, gemakkelijkere manier om dit te doen. "Bij andere methoden moet je weten hoe groot het binnenkomende gekalibreerde signaal is, " zegt hij. "Daar zijn dure en complexe experimenten voor nodig. Mijn methode heeft dat niet nodig." Hij maakte een chip met vier microstrips van verschillende lengtes. Hoe langer de microstrip, hoe minder het signaal moet stuiteren om de vereiste afstand af te leggen, dus het koppelingsverlies wordt minder terwijl het interne verlies hetzelfde blijft. Als je nu het totale verlies van alle vier de microstrips vergelijkt, je kunt het interne verlies van elk van hen afleiden.