Voor toekomstige op de ruimte gebaseerde infrarood-astronomische coronagraphische waarnemingen worden aluminium spiegels gebruikt in coronagraphs. Breedband Midden-infraroodobservaties in de ruimte vereisen gekoelde reflecterende optica, terwijl coronagraphy optische componenten met een hoge precisie vereist. De coronagraph bijvoorbeeld voorgesteld voor de volgende generatie infrarood-astronomische satellietproject Spica (SCI: Spica Coronagraph Instrument) omvatte de fabricage en evaluatie van een optisch systeem met een zeer nauwkeurige aluminium aluminium off-axis spiegels met diamanten omgedraaide oppervlakken. Een coronagraphisch optisch demonstratie -experiment met een coronagraph -masker werd uitgevoerd. Eerst werd de golffrontfout (WFE) van de aluminium spiegels gemeten met behulp van een HE-NE Fizeau-interferometer om te bevestigen dat de vermogensspectrale dichtheid van de WFE ADE-SCI-vereisten. Vervolgens werden de spiegels geïntegreerd in het optische systeem en werden de algehele prestaties van het systeem geëvalueerd. De totale WFE van de optische componenten werd geschat op 33 nm (RMS), waarbij elke spiegel 10-20 nm (RMS) bijdroeg aan het centrale 14 mm -gebied van de optische component. Een contrast van 10-5.4 10-5.4 werd bereikt voor de coronagraph in zichtbaar licht. Op basis van modelberekeningen en gemeten optische prestaties is het coronagraphische beeldvormingssysteem naar verwachting een contrast van ongeveer 10-7 10-7 bij een golflengte van 5 µm.
Toepassing in de Ariel Mission:
De missie Ariel (Atmospheric Remote Sensing Infrared Exoplanet Large Survey) beschrijft het ontwerp, de analyse en de ontwikkeling van een aluminium prototype-spiegel van 1 meter voor zijn telescoop. De European Space Agency (ESA) heeft Ariel geselecteerd als zijn volgende Medium-Class Science Mission (M4), gepland voor lancering in 2028. De missie is bedoeld om de sfeer van geselecteerde exoplaneten te bestuderen. De lading is gebaseerd op een telescoop van 1 meter klasse voorafgegaan door een reeks instrumenten. De telescoopconfiguratie wordt gedefinieerd als een klassiek Cassegrain-ontwerp met een excentrieke leerling, twee-mirurorlay-out en een parabolische spiegel van drie as. Een afwegingsanalyse werd uitgevoerd voor materialen om de primaire spiegel van 1 meter diameter (M1) te fabriceren en aluminiumlegering werd geselecteerd als het basismateriaal voor zowel de telescoopspiegels als de structuur. Tegenwoordig worden metalen zoals aluminiumlegeringen vaak in aanmerking genomen voor productieruimtes die in het infraroodgolflengtebereik werken. Het produceren van grote aluminium spiegels zoals die voor Ariel is een uitdaging, en toegewijde onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma's zijn gestart om haalbaarheid aan te tonen. Een prototype -spiegel, identiek van grootte van het M1 -vluchtmodel maar met een eenvoudiger oppervlakteprofiel, is gefabriceerd en getest.
Toepassingen in toekomstige infrarood -astronomische satellieten:
Gekoelde optica voor ruimte -infraroodmissies:
Voor ruimte -infraroodmissies is het koelen van het hele instrument van cruciaal belang om infraroodachtergrond en detectorgeluid te onderdrukken. In deze context is aluminium geschikt voor cryogene optica omdat de uitstekende bewerkbaarheid mogelijk maakt dat hetzelfde materiaal kan worden gebruikt voor de gehele instrumentstructuur, inclusief optische componenten, die helpen optische verkeerde uitlijning bij lage temperaturen te verminderen. Aluminium spiegels werden gefabriceerd via ultra-precisie-bewerking en hun golffrontfout (WFE) werd gemeten met behulp van een Fizeau-interferometer. Gebaseerd op de vermogensspectrale dichtheid van de WFE, werd bevestigd dat de oppervlakte -nauwkeurigheid van alle spiegels aan de vereisten van het Spica Coronagraph -instrument voldeed. De spiegels werden vervolgens geïntegreerd in het optische systeem en de beeldkwaliteit van het systeem werd geïnspecteerd met behulp van een optische laser. De totale WFE werd geschat op 33 nm (RMS) op basis van de strehl -verhouding, consistent met WFE -waarden afgeleid van individuele spiegelmetingen.
Toepassingen in mid-infrarood cryogene optica:
Vervormingsbeperkingen en corrosiebescherming:
Tijdens mid-infrarood-instrumenten worden met goud gecoate aluminium spiegels gebruikt voor cryogene optica. Om door thermische contractie geïnduceerde vervorming van aluminiumspiegels te evalueren, werden oppervlaktemonitoringsmetingen uitgevoerd tijdens koelcycli van kamertemperatuur tot 100 K. De resultaten toonden aan dat vervormingseffecten werden teruggebracht tot een vierde wanneer de spiegels werden beveiligd met veerwasmachines. Een effectieve methode om elektrochemische corrosie van de spiegels te voorkomen, werd ook onderzocht. Meerdere monsters werden bereid door verschillende coatingomstandigheden, zoals het invoegen van isolerende lagen, het vormen van meerlagige vochtblokkerende coatings of het uitvoeren van precisie-reiniging voorafgaand aan de coating. Precisie -reiniging voordat de gouden laag afzet en deze bedekte met een SIO -beschermende laag bleek effectief bij het remmen van aluminiumcorrosie. SIO-overgecoate spiegels overleefden koeltests voor mid-infraroodtoepassingen, met een reflectievermindering van ongeveer 1% in het bereik van 6-25 µm vergeleken met niet-gecoate vergulde spiegels.
Toepassingen in infrarood laseroptica:
Fabricage van laser-duurzame en milieu-stabiele diëlektrisch verbeterde IR-spiegels:
HFO 2 2 /SIO 2 2 Meerlagige lagen werden afgezet op een puntige diamanten aluminium-substraten gedraaid via gemodificeerde reactieve plasma-ionenondersteunde afzetting om laser-duurzaam en milieu-stabiel diëlektrisch-verbeterde IR-spiegels te vormen bij een golflengte van 1064 nm. De impact van de oppervlaktekwaliteit van diamanten aluminium op de optische prestaties van de diëlektrische verbeterde spiegels werd geëvalueerd. Een door laser geïnduceerde schade-drempel (LIDT) van maximaal 11 J/cm 2 2 werd bereikt voor de verbeterde aluminium spiegel getest in gepulseerde modus bij 1064 nm met een pulsduur van 20 ns en een herhalingssnelheid van 20 Hz. Laserschade Morfologie werd onthuld met behulp van scanning -elektronenmicroscopie (SEM). Het schade mechanisme werd toegeschreven aan knobbeldefecten veroorzaakt door deeltjes ingebed in het aluminium substraatoppervlak.