Alto teor de silício (AlSi, Si ≥ 40%) como substrato espelho para óptica de metal criogênico de alto desempenho

Óptica de metal feita de alumínio 6061 tem sido amplamente utilizada para atender às demandas de uminstrumento atérmicoprojetar. Espelhos metálicos torneados com diamante são componentes ópticos padrão em instrumentações astronômicas de infravermelho médio que trabalham a temperaturas criogênicas. Estruturas e ópticas podem ser feitas do mesmo material (alumínio) para evitar o estresse térmico devido a diferentes CTEs. No entanto, a rugosidade da superfície,comportamento de dispersãoe a precisão da forma dos espelhos de alumínio é limitada devido às propriedades cristalográficas e mecânicas do material do substrato. Espelhos feitos de vitrocerâmica de expansão zero ou carboneto de silício (SiC) podem ser usados para aplicações criogênicas. No entanto, isso requer enormes esforços em relação à fabricação e montagem. Portanto, o designer tenta evitar o uso de vidro ou cerâmica nessas condições de trabalho. O uso do mesmo material para óptica e estruturas, mesmo para aplicações de infravermelho próximo, seria um grande passo à frente.

 

O uso de substratos de alumínio com umCamada de NiPé possível superar a limitação de desempenho dos espelhos de alumínio.

 

Váriotécnicas de polimentopodem ser aplicados. No entanto, o desfasamento significativo no CTE tem de ser reduzido para ouso criogênico.Olhando para ocomportamento de dimensionamentoda deformação devido ao descompasso CTE de um simplesplaca bimetálicaos fatores determinantes tornam-se óbvios:

Para umabordagem atérmicauma expansão controlada liga AlSi do fornecedor AlSi, Tianjin Baienwei New Material Technology Co., Ltd é um material de substrato promissor. Tanto o Módulo de Youngs mais alto do AlSi em comparação com o alumínio padrão quanto a pequena incompatibilidade de CTE entre AlSi e NiP têm um impacto positivo na redução da flexão bimetálica. Camadas de NiP muito finas, que são necessárias para o alumínio padrão, não são mais obrigatórias.

 

Espelho de pistão para combinador de feixe interferométrico

Opossibilidade da fabricação de estruturas complicadas ou leves é outra vantagem da óptica metálica. Além disso, o módulo Young deste novo material de espelho é 30% maior do que para ligas de alumínio comuns. A Figura 1 mostra uma unidade de espelho de pistão leve feita de AlSi para ointerferométricocombinador de feixes LINC-NIRVANA (LN) [1] no Grande Telescópio Binocular (LBT). A simulação na figura 2 ilustra a reduçãoefeito bimetálicodevido ao uso de AlSi.

 

                        

 

Figura 1: Espelho de pistão para combinador de feixe interferométrico LBT (temperatura de trabalho -10°C - +20°C)

       

 

    Figura 2: Espelho Al 6061 (esquerda = 66 nm p-v) e AlSi (direita = 39 nm p-v) com uma camada NiP de 50 μm a T = 25 K (simulação)

O espelho de pistão LN é montado em umpiezo- atuador elétricopara removerpistão diferencialentre os dois braços interferométricos do instrumento e direcionar a luz para o criostático do combinador de feixes. Uma baixa massa e alta autofrequência são necessárias. Seria muito difícil atingir esse objetivo se a óptica fosse fabricada a partir de vidro ou cerâmica. A unidade completa (sem estágio piezo) tem um peso de apenas 3,2 kg (tamanho mecânico da superfície do espelho: 200x 145 mm). Atingimos o valor alvo de λ/10 p-v (633 nm) para a superfície óptica completa.

Telescópio rotativo METimage Metimage

METimage é um novo conceito de telescópio para um radiômetro multiespectral com uma grande largura de faixa e uma distância de amostragem no solo de visívelaté ofaixa espectral térmica infravermelha[2]. Cumpre os requisitos dos utilizadores para medições de parâmetros físicos na atmosfera, da superfície do mar e da superfície terrestre para avaliar estados meteorologicamente relevantes. A óptica reflexiva para o telescópio rotativo é baseada em um telescópio anastigmat de três espelhos (TMA). Está em desenvolvimento em cooperação com a JENOPTIK (apoiado pelo Centro Aeroespacial Alemão DLR, No. 50 EE 0926).