Hoog siliciumgehalte (AlSi, Si ≥ 40%) als spiegelsubstraat voor hoogwaardige cryogene metaaloptiek

Metalen optiek gemaakt van aluminium 6061 is op grote schaal gebruikt om te voldoen aan de eisen van eenathermisch instrumentontwerpen. Diamant gedraaide metalen spiegels zijn standaard optische componenten in mid-infrarood astronomische instrumenten die werken bij cryogene temperaturen. Structuren en optica kunnen van hetzelfde materiaal (aluminium) worden gemaakt om thermische stress als gevolg van verschillende CTE's te voorkomen. Echter, oppervlakteruwheid,verstrooiingsgedragen de vormnauwkeurigheid van aluminium spiegels is beperkt vanwege de kristallografische en mechanische eigenschappen van het substraatmateriaal. Spiegels gemaakt van nul expansie glaskeramiek of siliciumcarbide (SiC) kunnen worden gebruikt voor cryogene toepassingen. Dit vereist echter enorme inspanningen op het gebied van productie en montage. Daarom probeert de ontwerper het gebruik van glas of keramiek onder deze werkomstandigheden te vermijden. Het gebruik van hetzelfde materiaal voor optica en structuren, zelfs voor nabij-infraroodtoepassingen, zou een grote stap voorwaarts zijn.

 

Het gebruik van aluminium substraten met eenNiP laagis mogelijk om de prestatiebeperking van aluminium spiegels te overwinnen.

 

Verschillendpolijsttechniekenkan worden toegepast. Niettemin moet de aanzienlijke mismatch in de CTE worden verminderd voor decryogeen gebruik.Kijkend naar deschaalgedragvan de vervorming als gevolg van de CTE-mismatch van een eenvoudigebi-metalen plaatde bepalende factoren worden duidelijk:

Voor eenathermische benaderingeen uitbreiding gecontroleerde AlSi legering van AlSi leverancier, Tianjin Baienwei New Material Technology Co, Ltd is een veelbelovend substraat materiaal. Zowel de hogere Youngs Modulus van AlSi in vergelijking met standaard aluminium als de kleine CTE-mismatch tussen AlSi en NiP hebben een positieve invloed op het verminderen van de bimetaalbuiging. Zeer dunne NiP-lagen, die nodig zijn voor standaard aluminium, zijn niet langer verplicht.

 

Zuigerspiegel voor interferometrische bundelcombinatie

Dede mogelijkheid van de productie van gecompliceerde of lichtgewicht structuren is een ander voordeel van metaaloptiek. Bovendien is de modulus van de Young van dit nieuwe spiegelmateriaal 30% hoger dan voor gangbare aluminiumlegeringen. Figuur 1 toont een lichtgewicht zuigerspiegeleenheid gemaakt van AlSi voor deinterferometrischbundelcombinatie LINC-NIRVANA (LN) [1] bij de Grote Verrekijkertelescoop (LBT). De simulatie in figuur 2 illustreert de verminderdebimetaal effectdoor het gebruik van AlSi.

 

                        

 

Figuur 1: Zuigerspiegel voor LBT interferometrische bundelcombinatie (werktemperatuur -10°C - +20°C)

       

 

    Figuur 2: Spiegel Al 6061 (links = 66 nm p-v) en AlSi (rechts = 39 nm p-v) met een NiP-laag van 50 μm bij T = 25 K (simulatie)

De LN zuigerspiegel is gemonteerd op eenpiëzo- elektrische actuatorte verwijderendifferentieel zuigertussen de twee interferometrische armen van het instrument en richt het licht in de cryostaat van de bundelcombinatie. Een lage massa en hoge eigenfrequentie is vereist. Het zou erg moeilijk zijn om dit doel te bereiken als de optica zou worden vervaardigd uit glas of keramiek. De complete eenheid (zonder piëzotrap) heeft een gewicht van slechts 3,2 kg (mechanische grootte van het spiegeloppervlak: 200x 145 mm). We haalden de streefwaarde van λ/10 p-v (633 nm) voor het volledige optische oppervlak.

METimage roterende telescoop Metimage

METimage is een nieuw telescoopconcept voor een multispectrale radiometer met een grote strookbreedte en een grondbemonsteringsafstand van zichtbaartot dethermisch infrarood spectraal bereik[2]. Het voldoet aan de gebruikersvereisten voor metingen van fysische parameters in de atmosfeer, van het zeeoppervlak en van het landoppervlak om meteorologisch relevante toestanden te beoordelen. De reflecterende optiek voor de roterende telescoop is gebaseerd op een driespiegels anastigmattelescoop (TMA). Het is in ontwikkeling in samenwerking met JENOPTIK (ondersteund door het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum DLR, nr. 50 EE 0926).