Kebolehkerjaan yang sangat baik: Aluminium mempamerkan kebolehlaksanaan yang luar biasa, membolehkan fabrikasi struktur instrumen keseluruhan, termasuk komponen optik, dari bahan yang sama. Ini membantu mengurangkan masalah misalignment optik pada suhu rendah. Dalam misi inframerah ruang angkasa, penyejukan keseluruhan instrumen adalah penting untuk menindas latar belakang inframerah dan bunyi pengesan. Ciri -ciri cermin aluminium ini memberi mereka kelebihan yang ketara dalam pembuatan satelit astronomi inframerah masa depan.
Kekonduksian terma yang baik: Kekonduksian terma tinggi aluminium membolehkan pelesapan haba yang cekap dari komponen optik, mengekalkan kestabilan suhu rendah. Untuk teleskop solar inframerah yang besar, bahan cermin dengan kekonduksian terma yang baik dapat mengurangkan perbezaan suhu antara permukaan cermin dan udara ambien. Di samping itu, cermin aluminium menggilap untuk panjang gelombang inframerah agak mudah, menjadikan cermin logam kos rendah (seperti aluminium) pilihan praktikal untuk cermin utama.
Ii. Prestasi optik memenuhi keperluan
Ketepatan Permukaan Tinggi: Cermin aluminium yang dihasilkan melalui nilai pemesinan ultra-ketepatan mempamerkan nilai-nilai Wavefront (WFE) yang memenuhi keperluan misi inframerah ruang. Sebagai contoh, pengukuran berdasarkan ketumpatan spektrum kuasa mengesahkan bahawa ketepatan permukaan cermin aluminium memenuhi spesifikasi untuk instrumen spica coronagraph. Apabila diintegrasikan ke dalam sistem optik, jumlah WFE dianggarkan pada 33 nm (rms), dengan setiap cermin menyumbang 10-20 μm (RMS) di rantau 14 mm pusat.
Reflektiviti yang sesuai untuk pemerhatian ruang: Cermin aluminium memberikan pemantulan yang mencukupi dalam band tertentu untuk astronomi inframerah berasaskan ruang. Dalam potensi misi utama NASA seperti Luvoir, aluminium adalah salutan reflektif pilihan untuk teleskop jalur lebar. Untuk memaksimumkan reflektif merentasi julat spektrum yang luas, permukaan aluminium mesti kekal tidak teroksida (bebas daripada lapisan oksida semulajadi yang terbentuk di udara), yang membolehkan liputan band 11-15 EV.
Iii. Kestabilan yang tinggi
Mengekalkan bentuk permukaan pada suhu kriogenik: Cermin aluminium yang dioptimumkan menunjukkan kestabilan yang mencukupi untuk mengekalkan bentuk permukaan di bawah keadaan kriogenik. Pemodelan elemen terhingga meramalkan SAG yang disebabkan oleh graviti, kesilapan pemasangan, dan ubah bentuk kriogenik, disahkan melalui suhu bilik dan ujian kriogenik. Hasil eksperimen menunjukkan bahawa pasukan pramuat menguasai perubahan bentuk permukaan, dengan jumlah ubah bentuk pada keperluan optik 100 k.
Kesimpulan
Cermin aluminium menawarkan kelebihan yang ketara untuk optik yang disejukkan dalam satelit astronomi inframerah masa depan, termasuk kebolehkerjaan yang sangat baik, kekonduksian terma, prestasi optik, dan kestabilan. Atribut-atribut ini menjadikan cermin aluminium yang sangat menjanjikan untuk pemerhatian inframerah berasaskan ruang.
Strategi pengoptimuman
1. Proses rawatan permukaan yang dipertingkatkan
Pemendapan yang dibantu oleh ion plasma reaktif: mendepositkan filem multilayer HFO₂/SIO₂ pada substrat aluminium yang diubahsuai di Divited, Sio-Stabil, yang diubahsuai oleh laser, Kaedah ini mencapai ambang kerosakan yang disebabkan oleh laser (LIDT) 11 J/cm² pada 1064 nm.
Pembuatan ketepatan tinggi: Teknologi SPDT menghasilkan permukaan gred optik dengan kekasaran 8-13 nm dan ketepatan bentuk 0.28λ (λ = 632 nm). Laser Selektif Melting (SLM) Cermin aloi alsi10mg Aluminium, digabungkan dengan SPDT, membolehkan optik ruang yang ringan dan tinggi.
2. Pengurangan kecacatan
Kawalan zarah permukaan: Kerosakan yang disebabkan oleh laser sering berasal dari kecacatan nodular yang disebabkan oleh zarah tertanam. Kawalan ketat kualiti permukaan substrat meminimumkan kecacatan ini.
Analisis mekanisme kerosakan: Pengimbasan mikroskopi elektron (SEM) mendedahkan morfologi kerosakan laser, membimbing strategi pengurangan kecacatan.
3. Reflektif spektrum yang dipertingkatkan dan ketahanan alam sekitar
Struktur filem multilayer: HFO₂/SIO₂ multilayers meningkatkan reflektif spektrum, rintangan laser, dan ketahanan alam sekitar dari UV hingga inframerah gelombang pertengahan. Ujian LIDT meramalkan ambang untuk proses kerosakan.
Aluminium Coating: Salutan aluminium mengurangkan penyebaran permukaan kepada <20 Å rms (contohnya, proses VQ Elcan C. Elcan) dan meningkatkan kestabilan alam sekitar.
4. Reka bentuk dan pembuatan yang dioptimumkan
Reka bentuk serasi kriogenik: kebolehkerjaan aluminium membolehkan struktur instrumen monolitik, mengurangkan misalignment cryogenic. Pemesinan ultra-ketepatan memastikan pematuhan WFE untuk misi angkasa.
Cermin prestasi tinggi yang dicetak 3D: Reka bentuk yang diilhamkan oleh topologi, yang diilhamkan oleh payung dengan pengisian kisi tetrahedral mengurangkan berat badan, ubah bentuk, dan meningkatkan kekakuan/modaliti berbanding dengan kaedah penggerudian tradisional.
Kesimpulan
Melalui rawatan permukaan yang dioptimumkan, kawalan kecacatan, salutan yang dipertingkatkan, dan pembuatan lanjutan (misalnya, percetakan 3D), cermin aluminium mencapai rintangan laser yang lebih baik dan kestabilan alam sekitar, meletakkannya sebagai calon yang ideal untuk optik laser inframerah dalam aplikasi ruang angkasa.