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光学博览
美国宇航局开发远紫外光谱光学薄膜

为满足下一代太空望远镜的预期目标,美国宇航局(NASA)正在研究一个新的未知领域——用于天体物理学研究的“Lyman Alpha”波段光学薄膜的制造。

迄今为止,还没有人开发出在90~130 nm波段——也称为“Lyman Alpha”波段——内能够有效保护铝镜并维持其高反射率的光学薄膜。在这一波段中,科学家们能够观察到丰富的光谱线和天文目标——包括太阳系之外的潜在可居住的行星。

该项目的主要负责人Manuel Quijada说:“远紫外线望远镜和光谱仪设计的最大限制之一是这个波段内的光学薄膜的反射率很低。”


主要负责人Manuel Quijada在这里展示了他的团队用氟化物镀膜的光学元件,能够在宽光谱范围内提供最高的反射率。图片提供:NASA / W.Hbybyk。

Quijada领导的研究团队正在研究高反射率铝镜在红外、可见光和远紫外波长范围内的光学薄膜材料与镀膜技术。远紫外波段是NASA在发射“詹姆斯-韦伯”太空望远镜和红外巡天望远镜后为新一代太空望远镜设计的光谱范围。该团队的研究目标是开发一种新型薄膜和和镀膜工艺,不仅能够提高远紫外线的反射率,而且可以在其他光学波段进行观察。

该团队正在研究使用物理气相沉积法将二氟化氙气体在铝上镀膜。据Quijada介绍,二氟化氙气体与铝发生反应,在铝表面生成致密的氟离子薄膜,防止铝进一步氧化。

该团队正在实验其他两种薄膜沉积技术——离子辅助物理气相沉积和原子层沉积——用于制备稳定的三氟化铝薄膜。

Quijada说:“传统的镀膜工艺无法发掘铝镜的全部潜力。我们正在研究的新涂料将使望远镜能够覆盖非常广的光谱范围,在一个观测站中就能观测从远紫外线到近红外光的波段范围,这将使得NASA取得更大的成功。”


主要负责人Manuel Quijada在两米高的涂层室中,可为直径1米的望远镜镀膜。大口径镜片是未来天文仪器的关键元件。图片提供:NASA/W. Hrybyk。

该团队以前已经开发了另一种紫外波段的光学薄膜。该团队在2016年实验证实了他们所开发的光学薄膜在133.6nm ~154.5 nm波段内的反射率高达90%,他们称这是紫外波段所能达到的最高反射率。为了达到如此高的反射率,该团队开发了三步物理气相沉积工艺,并用氟化镁或氟化锂为铝镜镀膜。

Quijada说,这些高反射率薄膜能够为新型光学仪器的设计提供新思路。这种镀膜技术将有助于完成研究地球电离层和太阳风之间相互作用的两个太阳物理任务。

Quijada说:“我们需要进一步拓宽紫外光谱,目标是远紫外波段。我们需要研究从紫外到红外的整个光学波段,为光学薄膜制备提供最先进的技术。”


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