Für zukünftige astronomische infrarot-astronomische koraphische Beobachtungen werden Aluminiumspiegel in Koronagraphen eingesetzt. Breitband-Mid-Infrarot-Beobachtungen im Weltraum erfordern gekühlte reflektierende Optik, während Coronagraphy hochpräzise optische Komponenten erfordert. Zum Beispiel beinhaltete das Coronagraph, das ursprünglich für das Infrarot-Satellitenprojekt der nächsten Generation (SCI: SPICA Coronagraph Instrument) vorgeschlagen wurde, die Herstellung und Bewertung eines optischen Systems, das hochpräzise Aluminium-Off-Axis-Spiegel mit Diamantflächen umfasste. Es wurde ein koronagraphisches optisches Demonstrationsexperiment mit einer Koronagraph -Maske durchgeführt. Zunächst wurde der Wellenfrontfehler (WFE) der Aluminiumspiegel unter Verwendung eines He-Ne-Fizeau-Interferometers gemessen, um zu bestätigen, dass die Leistungsspektraldichte der WFE-SCI-Anforderungen erfüllt ist. Anschließend wurden die Spiegel in das optische System integriert und die Gesamtleistung des Systems bewertet. Die GesamtwFe der optischen Komponenten wurde auf 33 nm (RMS) geschätzt, wobei jeder Spiegel 10–20 nm (RMS) zur zentralen 14 -mm -Region der optischen Komponente beitrug. Für den Koronagraph in sichtbarem Licht wurde ein Kontrast von 10–5,4 10 - 5,4 erreicht. Basierend auf Modellberechnungen und der gemessenen optischen Leistung wird das Koronagraphic -Bildgebungssystem prognostiziert, um einen Kontrast von ungefähr 10–7 10–7 bei einer Wellenlänge von 5 µm zu erreichen.
Anwendung in der Ariel -Mission:
Die Mission von Ariel (atmosphärische Fern-Sensing-Infrarot-Exoplanet) beschreibt das Design, die Analyse und die Entwicklung eines Aluminiumprototyps von 1-Meter-Durchmesser für sein Teleskop. Die Europäische Weltraumagentur (ESA) hat Ariel als nächste mittelschwere Wissenschaftsmission (M4) ausgewählt, die 2028 für den Start geplant ist. Die Mission zielt darauf ab, die Atmosphären ausgewählter Exoplaneten zu untersuchen. Die Nutzlast basiert auf einem 1-Meter-Klasse-Teleskop, dem eine Reihe von Instrumenten vorausgeht. Die Teleskopkonfiguration ist definiert als ein klassisches Cassegrain-Design mit einem exzentrischen Pupille, einem Zwei-Mirror-Layout und einem dreiachsigen parabolischen Spiegel. Eine Kompromissanalyse wurde für Materialien durchgeführt, um den Primärspiegel mit 1-Meter-Durchmesser (M1) herzustellen, und die Aluminiumlegierung wurde sowohl für die Teleskopspiegel als auch für die Struktur als Basismaterial ausgewählt. Heute werden Metalle wie Aluminiumlegierungen häufig für die Herstellung von Weltraumteleskopen berücksichtigt, die im Bereich der Infrarotwellenlänge arbeiten. Die Herstellung großer Aluminiumspiegel wie der Ariel ist eine Herausforderung, und engagierte Forschungs- und Entwicklungsprogramme wurden initiiert, um Machbarkeit zu demonstrieren. Ein Prototypspiegel, der mit dem M1 -Flugmodell identisch ist, aber mit einem einfacheren Oberflächenprofil, wurde hergestellt und getestet.
Anwendungen in zukünftigen Infrarot -astronomischen Satelliten:
Kühlte Optik für Weltraum -Infrarotmissionen:
Bei Weltraum -Infrarot -Missionen ist das Kühlen des gesamten Instruments von entscheidender Bedeutung, um den Infrarot -Hintergrund und den Detektorgeräusch zu unterdrücken. In diesem Zusammenhang ist Aluminium für kryogene Optik geeignet, da seine hervorragende maßgeschneiderte Material für die gesamte Instrumentenstruktur, einschließlich optischer Komponenten, verwendet werden kann, was dazu beiträgt, die optische Fehlausrichtung bei niedrigen Temperaturen zu mildern. Aluminiumspiegel wurden über ultra-präzierende Bearbeitung hergestellt und ihr Wellenfrontfehler (WFE) wurde unter Verwendung eines Fizeau-Interferometers gemessen. Basierend auf der Leistungsspektraldichte des WFE wurde bestätigt, dass die Oberflächengenauigkeit aller Spiegel die Anforderungen des Spica -Coronagraph -Instruments entspricht. Die Spiegel wurden dann in das optische System integriert, und die Bildqualität des Systems wurde unter Verwendung eines optischen Lasers geprüft. Der Gesamt -WFE wurde auf dem Streehl -Verhältnis auf 33 nm (RMS) geschätzt, was mit den aus einzelnen Spiegelmessungen abgeleiteten WFE -Werten übereinstimmt.
Anwendungen in der kryogenen Optik mit mittlerer Infrarot:
Verformungsbeschränkungen und Korrosionsschutz:
In Infrarotinstrumenten werden goldbeschichtete Aluminiumspiegel zur kryogenen Optik verwendet. Um die durch thermischen Kontraktion induzierte Verformung von Aluminiumspiegeln zu bewerten, wurden die Messungen der Oberflächenüberwachung während des Kühlzyklen von Raumtemperatur bis 100 K durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Deformationseffekte auf ein Viertel reduziert wurden, wenn die Spiegel mit Feder Unterlegscheiben gesichert wurden. Eine wirksame Methode zur Verhinderung der elektrochemischen Korrosion der Spiegel wurde ebenfalls untersucht. Mehrere Proben wurden durch unterschiedliche Beschichtungsbedingungen hergestellt, wie z. B. das Einsetzen von Isolierschichten, die Bildung von Multilayer-Feuchtigkeitsblockierungsbeschichtungen oder die Durchführung von Präzisionsreinigung vor dem Beschichten. Präzisionsreinigung vor der Ablagerung der Goldschicht und der Abdeckung mit einer SiO -Schutzschicht erwies sich bei der Hemmung der Aluminiumkorrosion wirksam. SIO-überzogene Spiegel überlebten Kühltests für Mid-Infrared-Anwendungen und zeigten eine Reflexionsreduktion von ca. 1% im 6–25 uM Bereich im Vergleich zu nicht gedeckten goldplatten Spiegeln.
Anwendungen in der Infrarot -Laseroptik:
Herstellung von laserdifferenzierbaren und umweltstabilen dielektrisch verbesserten IR-Spiegeln:
HFO 2 2 /SiO 2 2- Multilayer wurden über ein Punkt-Diamant-Aluminium-Substrate über modifizierte reaktive Plasmaklasma-ionen-assistierte Ablagerung abgelagert, um laserfreundliche und umweltstabile dielektrisch verbesserte IR-Spiegel bei einer Wellenlänge von 1064 nm zu bilden. Der Einfluss der Oberflächenqualität von Aluminium von Diamanten auf die optische Leistung der dielektrisch verstärkten Spiegel wurde bewertet. Ein laserinduzierter Schadensschwellenwert (LIDT) von bis zu 11 J/cm 2 2 wurde für den im gepulsten Modus mit 1064 nm mit einer Impulsdauer von 20 ns und einer Wiederholungsrate von 20 Hz getesteten erweiterten Aluminiumspiegel erreicht. Die Morphologie von Laserschäden wurde unter Verwendung der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) aufgedeckt. Der Schadensmechanismus wurde auf Knotendefekte zurückgeführt, die durch in der Aluminiumsubstratoberfläche eingebettete Partikel verursacht wurden.