كيف أن التكتلات المتعددة اللاعبين تحسن أداء أجهزة التلسكوب

الحماية من الأضرار البيئية

ويتعرض المصابون بصور التلسكوب لظروف قاسية: درجة الحرارة القصوى، والرطوبة، والهواء المالح (للرصدات الساحلية)، والغبار، والمناولة، والغطاء المعدني المحض مثل الألومنيوم بسرعة أو التآكل، وتُعد المعاطف المتعددة الطلاءات حواجز هرمية، وتشمل المعاطف الفضية المحمية طبقة رقيقة من النيكل الكروم أو النيكل الملتوي على الفضة.

كما أن مرايا Keck Observatory في هاواي تُعاد صياغتها كل سنتين إلى ثلاث سنوات، ولكن يجري تطوير أنواع جديدة من الفضة والحمائية يمكن أن تستمر على مدى عقد من الزمن، مما يقلل من تكاليف التقلب والصيانة.

أنواع التكتلات المتعددة المطالِبات المستخدمة في المقراب

التكتل الديليكتري

وتتكون المعاطف الديكلية كليا من مواد غير موصلية مع مؤشرات عالية وخفيضة للانحلال، ويمكن تصميمها من أجل التأمل العالي جدا (R ⁇ 99.9 في المائة) على نطاق الترددات المختارة، أو لخصائص نقل دقيقة (مصفوفات الحزم، ومصفوفات الحواف) ولأن مقاييس الديكور لا تستوعب سوى القليل جدا من الضوء، فهي مثالية لتطبيقات الليزر ذات الطاقة العالية، بل أيضا بالنسبة للأشعة الفلكية.

وأحد القيود هو أن المعاطف التغذوية العالية الانتكاس هي عادة أعمال ضيقة النطاق - أفضل من بضع مئات من المقاييس، ولإخفاء الطيف المرئي بالكامل، يستخدم العديد من المقاريب تصميما واسع النطاق يتراكم على ذروة متعددة للتأمل أو يستخدم مبيد معدني.

المواصفات المحسنة

فعمليات التصفيق (اليوم والفضة والذهب) بسيطة وواسعة النطاق، ولكنها تعاني من تقلب التقلبات وقابلية التحمل، وكثيرا ما تكون متضخمة مع طبقة أو أكثر من طبقة الديكلتري، مثلا، فإن التغليف الفضي المحمي عادة ما يكون له طبقة فضية، وطبقة حواجز نحيفة لمنع السخرية، وطبقة ديزلية تعزز أيضاً التليف العادي.

ويستخدم الذهب في المقراب المرتجلة بالأشعة دون الحمراء لأنه يحتوي على ⁇ 98 في المائة من التأمل من 700 نانو متر إلى ما يتجاوز 10 ميكروغرامات، و مرفق تلسكوب تحت الحمراء و أجهزة التلسكوب القريبة من الحمراء تستخدم معطف الذهب بسهولة.

التكتلات المضادة للانعكاسات

(أ) إن المعاطف المحتوية على معاطف تعكس المعاطف: فهي تقلل من التأمل في الواجهة بين الهواء والزجاج (أو بين عناصر زجاجية مختلفة) ويمكن أن تقلل طبقة واحدة من فلوريد المغنيزيوم من 4 في المائة إلى حوالي 1.5 في المائة لكل سطح، ويمكن أن تحقق المعاطف المتعددة الطرازات انعكاساً يقل عن 0.2 في المائة عبر النطاق المرئي، وهي أساسية بالنسبة لنظم الاستشعار الفرعية المعقدة، مثل تلك المستخدمة في [FL.

وتستخدم أيضاً المعاطف الخاصة بالأشعة المقطعية على نوافذ أجهزة الكشف عن المبردات لتجنب التأملات التي يمكن أن تخلق أنماطاً ضالة للضوء.

صواريخ ذات نطاق ضيق وملفات صلبة

أجهزة التدقيق متعددة الطلاء مصممة لنقل فرقة الموجات الضيقة (مثل 10 أمتار واسعة) و تعكس جميع المواضع الأخرى، هذه تستخدم في مسحات التصوير لعزل خطوط الأطياف المحددة (مثلاً، H-alpha، الأكسجين الثالث).

وتُودع المعاطف الصلبة - الجرعة التي تستخدم مواد مثل السيو2 وT2O5 بواسطة التلعثم الأيون - الشعاعي - مستقرة للغاية ومقاومة للرطوبة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام الخارجي الطويل الأجل في أكثر المواقع المرصدية نائية.

تقنيات التصنيع والتدوين

ويتطلب إيداع المعاطف المتعددة الطلاءات غرف فراغ عالية، ومراقبة دقيقة لدرجات الحرارة، ورصد سميك الطبقات بدقة، والأساليب الرئيسية المستخدمة هي:

• Electron-beam evaporation:] A focused electron beam heats the coating material in a crucible, causing it to evaporate and condense on the substrate. Common for metals and simple oxides, but produces porous movies with lower density.
• Ion-assisted deposition (IAD): ] An ion beam bombards the growing movie, making it denser and hard. This reduces absorption and scattering, and improves adhesion. IAD is now standard for high-quality dielectric coatings.
• Ion-beam sputtering (IBS): ] An ion beam sputters material from a solid target onto the substrate. This produces the densest, smoothest films, with exceptionally low scattering. Used for the most demanding applications like laser gyro mirrors and X-ray sps.
• (أ) عملية كيميائية تنمو في طبقة ذرية واحدة في وقت ما، وتوفر مطابقة كاملة للأشكال المعقدة ومراقبة السميكة الشديدة، وتستخدم الرابطة في المعاطف الواقية على مرايا واسعة ومرنة وبصرية دقيقة ذات هياكل نانووية.

فراغ غرفة التغليف يجب أن يكون في نطاق 10-6 إلى 10-8 توري لتجنب التلوث، بالنسبة للمرايا الكبيرة (8 متر أو أكثر) يجب أن تكون الغرفة ضخمة

التطور التاريخي

وكانت أول مرايا التلسكوب العملي مصنوعة من معدن المضاربة (محنة النحاس والقصدير) التي لم تكن تعكس سوى حوالي 60 في المائة، وفي القرن التاسع عشر، كانت المرآة الفضية على الجليد مصنوعة من خلال الودائع الفضية ذات الطابع الكيميائي، مما أدى إلى ظهور نحو 90 في المائة من التأمل، ولكن التآكل بسرعة، وفي الثلاثينات، طور جون سترونج عملية التهرب من الفراغ إلى ظهور موابل.

The need for better ultraviolet reflectionivity for space-based telescopes led the development of multilayer dielectric coating in the 1960s and 1970s. Hubble Space Telescope (launched 1990) used aluminum mirrors overcoated with magnesium fluoride to enhance ultraviolet reflect

اليوم، تستخدم جميع المقراب الكبيرة الجديدة تقريباً شكلاً من أشكال الطلاء المتعدد الطلاء على مراياها الأولية والثانوية والجامعية، وأصبحت تكنولوجيا التكتل مجالاً متخصصاً، حيث توفر شركات مثل ماتيريون، ومعارض إيسي، وأبتي لاير غمبيه حلولاً عرفية للمرصدات.

دراسات الحالات: تلسكوبات تستخدم التوابل المتعددة المطالِبات

المقراب الفضائي الهبل

المرآة الأولى للهوب هي 2 متر مكعب من الفلوريكا مجهزة بطبقة من الألومنيوم الخالصة 100 متر مكعبة بطبقة 25 متر من فلوريد المغنيسيوم، وهذا المعطف يوصل نسبة 70% من التأمل في ليمان - ألفا (121.6 نانو متر) و90٪ في المنطقة المرئية.

جيمس ويب تلسكوب الفضاء

مرايات الـ(جوكساجون) الـ 18 مِنْ الـ (جوكساجون) مُلتَخَلَب بطبقة من الذهب (حوالي 100 نانو متر) لتعظيم التأمل في الأشعة تحت الحمراء، ونسبة انعكاس الذهب هي ⁇ 98% من 0.7 إلى 30 ميكروم، والذهب مُتَغَوَّل بطبقة حمائية عالية جداً من الـ(سيو2)

Large Synoptic Survey Telescope (Vera C. Rubin Observatory)

المرآة الأولى/الطبيعية التي تبعد 8.4 متراً تستخدم طبقة من الفضة 100 متر محمية بطبقة 10 أمتار من نيتريد السيليكون (سي 3 إن 4) و طبقة عالية من سي أو 2 هذا التغليف يعطي ⁇ 96% انعكاساً على 350-1050 نانو متراً، مع إحتمال ممتاز

التحديات والاتجاهات المستقبلية

وعلى الرغم من أوجه التقدم العديدة، لا تزال تطوف المرايا الكبيرة من المقراب تشكل تحديا، إذ يجب أن يكون التصفيق موحّدا عبر طبقة سطحية ضخمة - أي أن هناك تغيرا بنسبة 1 في المائة في السماكة يمكن أن يحوّل ذروة التفكير بعشرات من المقاييس، وأن التوسع الحراري في الحد الأدنى من النفايات والضغوط داخل التصفير يمكن أن يشوه الرقم المرآة، ويجب أن تكون المواد المحتوية مستقرة تحت الإشعاع فوق البنفسجي (لافي) وأن تقاوم للأكسجين.

وتشمل التطورات الجديدة ما يلي:

• هذه تحتوي على مسامير أو نانوبليس لخلق أسطح مُحدّدة التي تُقَفِّعُ التأملات على مجموعة واسعة من الزوايا والألواح، ويجري تطوير مثل هذه المعاطف "العاطفة" من أجل عدسات عالية النقل.
• Adaptive coatings:] Using electro-optical materials that can change refractive index in an electric field, these could adjust reflectionivity in real-time to compensate for thermal ermal equity or contamination.
• Multispectral coatings:] Designs that maximize reflectionivity concur in the visible, near-infrared, and thermal infrared, enabling a single Telscope to serve multiple instruments without swapping mirrors.
• Self-cleaning coatings:] Photocatalytic materials (e.g., titanium dioxide) that break down organic contaminants under UV light, reducing the need for clean large mirrors.

المرصد الجنوبي الأوروبي (FLT: 1) هو بالفعل اختبار المعاطف النموذجية للـ ELT التي تجمع بين الطبقات الغذائية المتقدمة لتحقيق ⁇ 97٪ انعكاسية أكثر من 400-2000 نانو متر مع أقل من 0.1٪ من التسريح عند 10 ميكروغرام.

خاتمة

إن المعاطف المتعددة الطلاءات هي تكنولوجيا تمكينية حيوية للمقاريب الحديثة، فهي، عن طريق التحكم بدقة في تدخل الضوء، تعزز التأمل، وتخفض البعث، وتقمع الأشباح، وتحمي السمعيات من البيئة، وتسمح هذه الأفلام الصغيرة بتكييف تقنيات التطويع ذات المعطفات العالية التي تُحفظ من الفضة، وتُظهر التصفيات الحساسة في الهبل والمرايا التي تُغطى بالذهب في اليابانية، بتطورات.

Further reading: ] For more on coating design, see the ]Optics for U article on multilayer coatings . Technical details on deposition methods are available from Edmund Optics broadcasts specific documented.