NAIR-APREXIS: Astronomisches Photonisches Reformatierer Experiment für die Infrarotforschung

• Antragsteller: Robert Harris, Ph.D.; Professor Dr. Lucas Labadie; Kalaga Madhav, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506421303

Der fortschreitende Einsatz Photonik-basierter Lösungen in neuen Instrumenten für die Astrophysik revolutioniert derzeit das Feld der astronomischen Instrumentierung. Bei der „astrophotonischen“ Option werden kompakte und präzise mikrostrukturierte optische Funktionen verwendet, die die ankommenden Photonen effizient leiten und verarbeiten können. Dies bietet einzigartige Eigenschaften zur Reformatierung von Licht, komplementär zu klassischen Lösungen mit massiven Freistrahloptiken. Die Robustheit und Flexibilität photonischer Komponenten kann die technischen Fähigkeiten von Instrumenten für hochpräzise spektroskopische und bildgebende Messungen maßgeblich erweitern - hochgradig relevant für das Schwerpunktthema der Planeten- und Sternentstehung. Um den wissenschaftlichen Ertrag für die Astrophysik solcher astrophotonischer Instrumente zu steigern, haben wir das NAIR-Projekt mit dem Ziel initiiert, photonische Technologien in den „Mainstream“ der astronomischen Instrumentierung zu bringen. In der ersten Phase von NAIR lag der Fokus auf der Entwicklung von kohärenten und inkohärenten Reformatoren im Nahinfraroten, um photonische Strahlkombinierer, photonische Laternen und 3D-gedruckte Mikrooptiken für Anwendungen in der Integralfeldspektroskopie, Pupillen-Remapping und Interferometrie bereitzustellen. Nach der erfolgreichen Herstellung von Prototypen sowie „On-Sky“-Tests unserer Photonik streben wir für Phase 2 von NAIR die Entwicklung und den Einsatz von APREXIS (Astronomical Photonic Reformatter Experiment for Infrared Science) an. APREXIS besteht aus Nahinfrarot-Instrumentenmodulen, die auf astrophotonischen Komponenten basieren und an große Teleskope und Interferometer angeschlossen werden. Durch die Single-Mode-Eigenschaften der photonischen Module wird APREXIS hochpräzise und hochstabile Integralfeldspektroskopie- und Interferometrie-Messungen ermöglichen. Die in Phase 1 entwickelten Fertigungstechniken werden verwendet, um die Kernmodule von APREXIS herzustellen, welche zunächst unter kontrollierten Laborbedingungen evaluiert werden. Anschließend wird APREXIS am MagAO-X, am CHARA-Interferometer und am William-Herschel-Teleskop in Betrieb genommen, sowohl für die technische Prüfung als auch in nächtlichen Beobachtungsläufen. Wir schlagen zudem vor, die Kompaktheit und Vielseitigkeit der photonischen Lösung für den Bau einer gekühlten Interferometrie-Einheit im K-Band zu nutzen. Als Fast-Track-Instrument mit spektroskopischen und interferometrischen Modulen kann APREXIS erste wissenschaftliche Hochkontrast- und Hochauflösungs-Daten von Planeten um junge Sterne sowie von zirkumstellaren Emissionen in der Umgebung von Hauptreihensternen liefern. Wir erwarten, dass das NAIR-Programm und der erfolgreiche Einsatz von APREXIS die Entwicklungsphilosophie zukünftiger Instrumente für die europäische astronomische Gemeinschaft beeinflussen werden, insbesondere für das zukünftige E-ELT und das VLT-Interferometer.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung