Optical Frequency Comb for Astronomy and Spectroscopy

• Grant number: 24/03765-2
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: May 01, 2024
• End date: November 30, 2025
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Astronomy - Astronomical Instrumentation
• Principal Investigator: Flavio Caldas da Cruz
• Grantee: Paulo Vinícius Oliveira de Toledo
• Host Institution: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brazil

Abstract

Pentes de frequências ópticas (PFOs), originalmente desenvolvidos e aplicados em metrologia de tempo e frequência, tem sido largamente utilizados em outras aplicações, com destaque para a calibração de espectrógrafos astronômicos e para espectroscopia com alta precisão e taxa de aquisição. Os chamados "astrocombs" são hoje instrumentos usados em vários telescópios para a detecção de exoplanetas através do método da velocidade radial. Eles têm sido em geral implementados no infravermelho próximo, não havendo ainda um produto comercial "off-the-shelf" que atenda as especificações dos astrônomos. Com o objetivo de procurar exoplanetas em estrelas semelhantes ao nosso sol, é necessário um astrocomb na região visível. Este projeto tem dois objetivos principais: 1) contribuir no desenvolvimento de um astrocomb no visível que poderá ser incorporado ao GMT; 2) contribuir no desenvolvimento e utilização de pentes de frequências baseados em lasers de fentosegundos para espectroscopia "dual-comb".Com relação ao primeiro objetivo, devido aos requisitos de espaçamento espectral das linhas de um astrocomb, entre 20 e 30 GHz, oriundo da resolução dos espectrógrafos, a arquitetura envolvendo um laser contínuo e estável em frequência, com novas frequências geradas por modulação eletro-óptica, amplificação e alargamento espectral, passa a ser a mais viável em contraste com os PFOs tradicionais que utilizam lasers de pulsos ultracurtos. Estes por sua vez, representam melhor escolha para o segundo objetivo deste trabalho, i.e., a utilização de PFOs em espectroscopia, particularmente através da técnica de "dual-comb spectroscopy".Como descrito abaixo, nos objetivos, o candidato irá trabalhar diretamente nos aspectos de implementação do astrocomb, bem como auxiliará na finalização, aprimoramento e utilização de um protótipo de um espectrômetro dual-comb, na faixa do infravermelho médio e distante. Este protótipo servirá de guia para a futura implementação de uma versão avançada de um espectrômetro multiusuário para análises diversas.