Para futuras observações coronagráficas astronômicas de infravermelho espacial, os espelhos de alumínio são empregados em coronagraphs. As observações de infravermelho médio de banda larga no espaço exigem óptica reflexiva resfriada, enquanto o coronagrapia exige componentes ópticos de alta precisão. Por exemplo, o coronagraph propôs inicialmente o projeto de satélite astronômico infravermelho da próxima geração de geração SPICA (instrumento SCI: SPICA Coronagraph) envolveu a fabricação e avaliação de um sistema óptico que compreende espelhos fora do eixo de alumínio de alta precisão com superfícies que viram diamantes. Foi realizado um experimento de demonstração óptica coronagráfico com uma máscara de coronagraph. Primeiro, o erro da frente de onda (WFE) dos espelhos de alumínio foi medido usando um interferômetro HE-NE Fizeau para confirmar que a densidade espectral de potência dos requisitos de SCI do WFE da WFE. Posteriormente, os espelhos foram integrados ao sistema óptico e o desempenho geral do sistema foi avaliado. O WFE total dos componentes ópticos foi estimado em 33 nm (RMS), com cada espelho contribuindo com 10 a 20 nm (RMS) para a região central de 14 mm do componente óptico. Um contraste de 10 a 5,4 10-5.4 foi alcançado para o coronagraph sob luz visível. Com base nos cálculos do modelo e no desempenho óptico medido, o sistema de imagem coronagráfico é projetado para atingir um contraste de aproximadamente 10 a 7 10-7 a um comprimento de onda de 5 µm.
Aplicação na missão Ariel:
A missão Ariel (missão de grande curvatura do exposmérico de detecção remota de detecção remota) descreve o design, análise e desenvolvimento de um protótipo de alumínio de 1 metro de diâmetro para seu telescópio. A Agência Espacial Europeia (ESA) selecionou Ariel como sua próxima missão científica de classe média (M4), programada para lançamento em 2028. A missão visa estudar as atmosferas de exoplanetas selecionados. A carga útil é baseada em um telescópio de classe de 1 metro precedido por um conjunto de instrumentos. A configuração do telescópio é definida como um design clássico de Cassegrain com uma pupila excêntrica, um layout de dois músculos e um espelho parabólico fora do eixo. Foi realizada uma análise de trade-off para fabricar os materiais para o espelho primário de 1 metro de diâmetro (M1) e a liga de alumínio foi selecionada como material de linha de base para os espelhos e a estrutura do telescópio. Hoje, metais como ligas de alumínio são frequentemente considerados para telescópios espaciais de fabricação que operam na faixa de comprimento de onda infravermelha. A produção de grandes espelhos de alumínio como os de Ariel é desafiadora, e os programas dedicados de pesquisa e desenvolvimento foram iniciados para demonstrar viabilidade. Um espelho de protótipo, idêntico em tamanho ao modelo de vôo M1, mas com um perfil de superfície mais simples, foi fabricado e testado.
Aplicações em futuros satélites astronômicos infravermelhos:
Óptica resfriada para missões de infravermelho espacial:
Para missões de infravermelho espacial, o resfriamento de todo o instrumento é fundamental para suprimir o fundo infravermelho e o ruído do detector. Nesse contexto, o alumínio é adequado para a óptica criogênica, porque sua excelente usinabilidade permite que o mesmo material seja usado para toda a estrutura do instrumento, incluindo componentes ópticos, o que ajuda a mitigar o desalinhamento óptico em baixas temperaturas. Os espelhos de alumínio foram fabricados por usinagem ultra-precisão e seu erro de frente para ondas (WFE) foi medido usando um interferômetro Fizeau. Com base na densidade espectral de potência do WFE, a precisão da superfície de todos os espelhos foi confirmada para atender aos requisitos do instrumento Spica Coronagraph. Os espelhos foram então integrados ao sistema óptico e a qualidade da imagem do sistema foi inspecionada usando um laser óptico. O WFE total foi estimado em 33 nm (RMS) com base na proporção STREHL, consistente com os valores de WFE derivados de medições individuais de espelhos.
Aplicações na óptica criogênica do infravermelho médio:
Restrições de deformação e proteção contra corrosão:
Nos instrumentos do infravermelho médio, os espelhos de alumínio revestidos a ouro são usados para óptica criogênica. Para avaliar a deformação induzida por contração térmica de espelhos de alumínio, foram realizadas medições de monitoramento de superfície durante os ciclos de resfriamento da temperatura ambiente a 100 K. Os resultados mostraram que os efeitos de deformação foram reduzidos a um quarto quando os espelhos foram presos com lavadoras de mola. Também foi explorado um método eficaz para prevenir a corrosão eletroquímica dos espelhos. Várias amostras foram preparadas com condições variadas de revestimento, como a inserção de camadas isolantes, a formação de revestimentos de bloqueio de umidade multicamadas ou realizando a limpeza de precisão antes do revestimento. A limpeza de precisão antes de depositar a camada de ouro e cobri -la com uma camada protetora do SIO se mostrou eficaz na inibição da corrosão do alumínio. Os espelhos sobre o SIO sobreviverem os testes de resfriamento para aplicações de infravermelho médio, exibindo uma redução de refletância de aproximadamente 1% na faixa de 6 a 25 µm em comparação com os espelhos banhados a ouro não revestidos.
Aplicações na óptica a laser infravermelho:
Fabricação de espelhos IR dielétricos duráveis e ambientalmente estáveis e ambientalmente estáveis:
As multicamadas HFO 2 2 /SIO 2 2 foram depositadas em substratos de alumínio que se transformam em diamante único por meio de deposição de deposição de íons plasmáticos modificados para formar espelhos IR dielétricos duráveis e ambientalmente estáveis e ambientalmente estáveis a um comprimento de onda de 1064 nm. Foi avaliado o impacto da qualidade da superfície do alumínio que virou diamante no desempenho óptico dos espelhos dielétricos aprimorados. Foi alcançado um limiar de dano induzido por laser (LIDT) de até 11 J/cm 2 2 para o espelho de alumínio aprimorado testado no modo pulsado a 1064 nm com uma duração de pulso de 20 ns e uma taxa de repetição de 20 Hz. A morfologia de danos a laser foi revelada usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). O mecanismo de dano foi atribuído aos defeitos dos nódulos causados por partículas incorporadas na superfície do substrato de alumínio.