För framtida rymdbaserade infraröda astronomiska koronagrafiska observationer används aluminiumspeglar i koronagrafer. Bredbands i mitten av infraröda observationer i rymden kräver kyld reflekterande optik, medan koronagraphy kräver optiska komponenter med hög precision. Exempelvis föreslog den koronagraf som föreslogs för nästa generations infraröda astronomiska satellitprojekt Spica (SCI: Spica Coronagraph-instrument) tillverkning och utvärdering av ett optiskt system som omfattar aluminiumspeglar med hög precision med diamantvetsade ytor. Ett koronagrafiskt optiskt demonstrationsexperiment med en koronagrafmask genomfördes. Först mättes vågfrontfelet (WFE) i aluminiumspeglarna med användning av en HE-NE Fizeau-interferometer för att bekräfta att kraftspektraltätheten för WFE uppfyllde SCI-kraven. Därefter integrerades speglarna i det optiska systemet och systemets totala prestanda utvärderades. Den totala WFE för de optiska komponenterna uppskattades till 33 nm (RMS), varvid varje spegel bidrog med 10–20 nm (RMS) till den centrala 14 mm -regionen i den optiska komponenten. En kontrast på 10-5,4 10−5.4 uppnåddes för prövningen i synligt ljus. Baserat på modellberäkningar och uppmätt optisk prestanda projiceras det koronagrafiska avbildningssystemet för att uppnå en kontrast av cirka 10-7 10-7 vid en våglängd av 5 um.
Ansökan i Ariel -uppdraget:
Ariel-uppdraget (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-Survey) beskriver designen, analysen och utvecklingen av en 1-meter diameter aluminiumprototypspegel för sitt teleskop. Europeiska rymdbyrån (ESA) har valt Ariel som nästa vetenskapsuppdrag (M4), planerad att lansera 2028. Uppdraget syftar till att studera atmosfärerna i utvalda exoplaneter. Nyttolasten är baserad på ett 1 meter klass teleskop föregått av en svit med instrument. Teleskopkonfigurationen definieras som en klassisk cassegrain-design med en excentrisk elev, två-mirrorlayout och en tre-axlig parabolisk spegel utanför axeln. En avvägningsanalys genomfördes för material för att tillverka den primära spegeln med 1 meter diameter (M1), och aluminiumlegering valdes som baslinjematerial för både teleskopspeglarna och strukturen. Idag beaktas ofta metaller såsom aluminiumlegeringar för tillverkning av rymdteleskop som arbetar inom det infraröda våglängdsområdet. Att producera stora aluminiumspeglar som för Ariel är utmanande, och dedikerade forskning och utvecklingsprogram har inletts för att visa genomförbarhet. En prototypspegel, identisk i storlek till M1 -flygmodellen men med en enklare ytprofil, har tillverkats och testats.
Tillämpningar i framtida infraröd astronomiska satelliter:
Kyld optik för rymdinfraröda uppdrag:
För rymdinfraröda uppdrag är kylning av hela instrumentet avgörande för att undertrycka infraröd bakgrund och detektorbrus. I detta sammanhang är aluminium lämplig för kryogen optik eftersom dess utmärkta bearbetbarhet gör att samma material kan användas för hela instrumentstrukturen, inklusive optiska komponenter, vilket hjälper till att mildra optisk felanpassning vid låga temperaturer. Aluminiumspeglar tillverkades via ultra-precisionsbearbetning, och deras vågfrontfel (WFE) mättes med användning av en Fizeau-interferometer. Baserat på kraftspektraltätheten för WFE bekräftades ytnoggrannheten för alla speglar för att uppfylla kraven i Spica Coronagraph -instrumentet. Speglarna integrerades sedan i det optiska systemet, och systemets bildkvalitet inspekterades med hjälp av en optisk laser. Den totala WFE uppskattades till 33 nm (RMS) baserat på strehl -förhållandet, i överensstämmelse med WFE -värden härrörande från enskilda spegelmätningar.
Applikationer i mitten av infraröd kryogen optik:
Deformationsbegränsningar och korrosionsskydd:
I mitten av infraröda instrument används guldbelagda aluminiumspeglar för kryogen optik. För att utvärdera termisk sammandragningsinducerad deformation av aluminiumspeglar utfördes mätningar av ytövervakning under kylningscykler från rumstemperatur till 100 K. Resultaten visade att deformationseffekter reducerades till en fjärdedel när speglarna säkrades med fjäderbrickor. En effektiv metod för att förhindra elektrokemisk korrosion av speglarna undersöktes också. Flera prover framställdes genom varierande beläggningsförhållanden, såsom att infoga isolerande lager, bilda flerskiktsfuktblockeringsbeläggningar eller utföra precisionsrengöring före beläggningen. Precisionsrengöring före deponering av guldskiktet och täcker det med ett SIO -skyddsskikt visade sig vara effektivt för att hämma aluminiumkorrosion. SIO-övercoated-speglar överlevde kyltester för medel-infraröda applikationer, vilket uppvisade en reflektionsreduktion på cirka 1% i intervallet 6–25 um jämfört med obelagda guldpläterade speglar.
Applikationer i infraröd laseroptik:
Tillverkning av laser-hållbara och miljömässigt stabila dielektriska förbättrade IR-speglar:
HFO 2 2 /SIO 2 2 Multilayers deponerades på enpunkts diamantvridna aluminiumsubstrat via modifierade reaktiva plasmajonassisterade avsättning för att bilda laser-hållbara och miljömässigt stabila dielektriska förbättrade IR-speglar vid en våglängd av 1064 nm. Effekterna av ytkvaliteten på diamantvänt aluminium på den optiska prestanda hos de dielektriska förbättrade speglarna utvärderades. En laserinducerad skadeströskel (LIDT) på upp till 11 J/cm 2 2 uppnåddes för den förbättrade aluminiumspegeln testad i pulserat läge vid 1064 nm med en puls varaktighet av 20 ns och en repetitionshastighet av 20 Hz. Laserskada morfologi avslöjades med användning av skanningselektronmikroskopi (SEM). Skademekanismen tillskrivs noduldefekter orsakade av partiklar inbäddade i aluminiumsubstratytan.