Multikat Kaplamaları Teleskop Optiklerinin Performansını Nasıl Geliştirir

Modern astronomi, uzak galaksilerden en zayıf ışık yakalayabilir, iyi gezegen ayrıntıları çözerek evrenin en erken anlarını araştırır. Geçmişten beri, optik mühendislikteki sessiz bir devrim, teleskop aynaları ve lensler için çok katmanlı kaplamalar geliştirmektedir.Bu tam olarak ince film yığını dramatik bir şekilde yansıtılabilir, stil ışığı azaltır, aksine, çevreden hassas optikleri korur.

Multikat Kaplamaları Nedir?

Multikat kaplamaları ince filmlerin yığınlarıdır, her biri dikkatlice seçilmiş bir kalınlık ve refraktif indeksle, optik bir substrata depolanır.Her katmanın yansıyan ışık müdahalesi ile, bu kaplamalar tek bir malzemenin sunabileceğinin ötesine ulaşabilir.In teleskop optikler için, en önemli uygulama artırmak belirli bir dalga aralığı üzerinde yansıtacaktır - morf, görünür ve yakın bölgelerden gelen ışık müdahalesine kadar.

Altta yatan prensip şu şekildedir:0)tin-film müdahalesi). Işık, farklı refraktif indekslerle iki malzeme arasında bir sınırla karşılaşıldığında, her katmanın kalınlığını değiştirmekle veya genellikle yüksek ve düşük refraktif indicelerle birleştirerek, her arayüzün yansımaları yapıcı olarak (toplamsal yansımaları) veya yıkıcı bir şekilde (daha fazla yanlışlama veya dar bant filtrelerini) veya bazen yan yanar.

Tasarım ve Malzeme

Tipik kaplama tasarımları yüksek-index materyallerin alternatif katmanları kullanır (örneğin, titanyum dioksit, hafnium dioksit, tantalum pentoksitoksi) ve düşük-index malzemeler (örneğin, silikon florid) için ultraviyole uygulamaları için, alüminyum oksit ve lityum florid gibi malzemeler kullanılır.

Modern kaplama tasarımı yazılımı optimizasyon algoritmaları kullanır - iğne optimizasyonu veya sağlam global arama gibi - en iyi hedef yansıma eğrisini elde eden katmanı bulmak için üretim toleransları için muhasebe. Bu özellikle geniş bir ⁇ aralığında faaliyet gösteren teleskoplar için önemlidir, örneğin Hubble veya JWST gibi.

Multikat Kaplamaları Teleskop Performanslarını Nasıl Geliştirir

Geliştirilmiş Yansıklık

Açık ışıkların %90'ını yansıtır, ancak bu daha kısa dalgalar. Geleneksel bir gümüş kaplama, görünürde %95'ten fazlasını yansıtır ve yakın zamanda, çok katmanlı dielektrik kaplamaları, yüksek hacimli lazer uygulamaları için% 99'u daha da fazla yansıtabilir.

Örneğin, 400-1000 nm arasındaki% 98 oranındaki dışsal aynalar:0Extremely Large Teleskop (VLT))[değiştir | kaynağı değiştir], Şili'de bulunan 4 adet yüksek çözünürlükte %98 oranında yüksek oranda ısıtılma emisyonunu korumak için korumalı gümüş kaplama ile kaplıdır.

Az önce ışık kaybı ve Scattered Light

Doğru absorpsiyona ek olarak, ışık düşük yüzeyli sertliği kullanarak ve fındıkları kaplamaya sıkışıp bırakan bir dizi değişkenden kaybolabilir. Multikat kaplamaları çok düzgün yüzeyler üreten, vakum ortamları üreterek ve azaltıcı, yüksek çözünürlükte çeşitli boyutlardaki kaplamalarla kıyaslanabilir.

Bu özellikle yüksek hacimli görüntüleme için önemlidir, örneğin VLT koroner optiklerini devre dışı bırakmak için özel olarak çok katmanlı kaplamalar kullanır.TheurFLT:0)Gemini Planet Imager[DFLT:1) ve [[DÜyetim:2) VLT, koroyoptik optiklerini ebeveyn yıldızından uzaklaştırmak için özel olarak kullanır ve tespit edilmesine izin verir.

Improv Contrast ve Çözümü

Glare ve hayaletler – optik yüzeyler arasındaki yansımaları – tersine çevirip astronomik kaynaklardan yaklaşık% 80'den fazla bir şekilde aktarılabilir (AR) Lensler ve doğru plakalar üzerindeki kaplamalar bu etkileri en aza indirir.Çok-element refraktif bir sistem için, uzay teleskopları üzerindeki kamera lensleri gibi, AR kaplamalar yüzeyde% 99'dan% 99'a kadar iletimleri artırabilir.

Multikat kaplamaları aynı zamanda alginçt tasarımı sağlar:0))troic kirişler) Bu, hafife gelen ışıkları çok keskin bir kesme ile ayırarak, tek bir teleskoptan birden çok aletleri beslemek için kullanılır, örneğin INFLT:2Hubble Space Teleskopu).

Çevre Hasarına Karşı Koruma

Teleskop optik sert koşullara maruz kalıyor: sıcaklık aşırılıkları, nem, tuz havası ( kıyı gözlemleri için), toz ve kullanım. Bare metal kaplamalar alüminyum gibi hızla oksit veya korrode gibi. Multikat kaplamaları, on yıllar boyunca ince bir çelik kaplama içerir.

Havalimanları: 0,0)Keck Gözlemevi[Dönetici 1-203 yıl boyunca yeniden dekore edilmiş, ancak yeni korunan gümüş ve dielektrik kaplamaları, on yıldan fazla bir süredir teleskop ve bakım maliyetlerini azaltabilecek şekilde geliştirilmektedir. Uzayda gözlemleyiciler için, yeniden dekore edilmiş bir tabakanın vibrasyon ve termal bisikletin yıllarını da başlatmalıdır.

Teleskoplarda Kullanılan Multikat Kaplamaları Türleri

Dielektrik Kaplamaları

Dielektrik kaplamaları, tamamen yüksek ve düşük refraktif indeksler ile üretilen malzemelerden oluşur. Ayrıca, % 0.1 oranında yüksek reflektif (R >% 99.9) seçilmiş bir bant genişliği veya kesin iletim özellikleri üzerinde (gruppass filtreleri, kenar filtreleri) için tasarlanmıştır.

Bir sınırlama yüksek çözünürlükte dielektrik kaplamaları tipik olarak dar bantdır - en iyi birkaç yüz nanometre üzerinde çalışır. Tam görünür spektrumu örtmek için, birçok teleskop, çoklu yansımaları yüksek bantlı bir tasarım verir veya metal alt katta kullanır.

Gelişen Metal Kaplamaları

Metal kaplamalar (aluminum, gümüş, altın) basit ve genişbandır, ancak daha düşük yansıma ve dayanıklılıktan muzdariplerdir.Bu, çoğu zaman bir veya daha dielektrik tabakaları ile aşırı derecede fazla bir "korunan gümüş" kaplama tipik olarak, bir gümüş tabakaya sahiptir, ince bir bariyere sahip, ayrıca daha kısa dalgalar içinde yansıtacak bir dielektrik tabakasıdır.

Altın, kızılötesi teleskoplar için kullanılır, çünkü 700 nm'den 10 μm'in ötesine kadar yansımaları vardır.(Çalışan)))ZizA'nın Uzakdoğu İzleri (IRTF)) ve [[Dönetici:2|Keck teleskopları yakın optiktir).

Anti-Reflective Kaplamalar

AR kaplamaları yansıtıcı kaplamaların tersinedir: Hava ve cam arasındaki arayüze en az yansımaları minimuma indirirler (veya farklı cam elementleri arasında). Tek çeyrek dalga katmanı magnezyum floritin yansımasını %4 ila 100 lens yüzeyde yüksek çözünürlükte gerçekleştirilir.

Özel AR kaplamaları ayrıca, stray ışık desenleri oluşturabilecek yansımalardan kaçınmak için krigen dedektörlerinin pencerelerinde de kullanılır.

Narrowband ve Hard-Coat Filtre

Interference filtreler, dar bir dalga grubu (örneğin, 10 nm genişlik) ile diğer tüm diğerlerini yansıtacak şekilde çok katmanlı kaplamalar tasarlanmıştır. Bunlar fotometrik anketlerde belirli ⁇ hatları (Ve.g., H-alpha, oksijen III). Ayrıca çok katmanlı kaplamalardan yapılan büyük bir dizi dar bant filtre kullanır.

Sert kaplamalar - SiO2 ve Ta2O5 gibi malzemeler kullanarak - son derece istikrarlı ve neme dayanıklı, onları en uzak gözlemleyici sitelerde uzun vadeli kullanım için uygun hale getirin.

Üretim ve Kaplama Teknikleri

Çok katmanlı kaplamalar ultra yüksek vakum odaları, hassas sıcaklık kontrolü ve tabaka kalınlığının doğru izlenmesi gerektirir: Kullanılan temel yöntemler:

  • [FONT:0]Electron-beam buharlaştırma: [Döntgen: 0:0) Bir elektron kirişi kaplama materyalini bir kriminalde ısıtır, bu yüzden substratlar ve basit oksitler için ortak, ancak daha düşük yoğunlukla göz ardı edilir.
  • [FONT:0]Ion-assisted deposition (IAD): [D: Büyüyen bir film, yoğun ve daha zor hale getirmek, bu absorpsiyon ve saçılmayı azaltır ve yüksek kaliteli dielektrik kaplamaları için standarttır.
  • [FONT:0)Ion-beam sputtering (IBS): [Dönetici: [Döntgen: 0:0) Katı bir hedeften substrata sert bir şekilde bir darbe yapar. Bu, en yoğun, en iyi filmlerden oluşur, olağanüstü düşük saç telleri ile kullanılır.
  • [FONT:0]Atomik katman ayrıştırma (ALD): ), Bir zamanlar filme bir atom tabakası büyüyen bir kimyasal süreç, karmaşık şekil ve aşırı kalınlık kontrolü üzerinde mükemmel bir uyum sağlar. ALD büyük, eğrili aynalar ve hassas nanoyapılı optikler için kullanılır.

Banyo odasının vakumu, VLT aynaları için en büyük 8 / 2 metre veya daha fazla işlem yapabilmeli, oda büyük olmalıdır - İZMİRT:0) VLT aynaları için .

Tarihsel Evrim Tarihi

İlk pratik teleskop aynaları spekülum metali (göp ve tenekenin alaşımı), bu sadece% 60'ı yansıtmak için vakum tahliye işlemine sahipti ve daha fazla korozyona engel olan doğal bir oksit tabakası oluşturdu. -bu, 90'lı yıllarda sanat durumu hızla ortaya çıktı.

Uzay tabanlı teleskoplar için daha iyi ultraviyole yansımaları ihtiyacı, 1960'larda ve 1970'lerde multikatronik kaplamaların gelişimini sürdü.Theuring:0)Hubble Space Teleskobu) (1990'da başlatılan alüminyum aynalar, daha sonra alüminyum floritiviteyi geliştirmek için fazla miktarda yüksek çözünürlükte bulundu.

Bugün, neredeyse tüm yeni büyük teleskoplar birincil, ikincil ve tertiary aynaları üzerinde bir çok katmanlı kaplama formunu kullanıyor. Kaplama teknolojisi, kaliteli bir alan haline geldi, örneğinMaterion, ECI Optik ve OptiLayer GmbH).

Vaka Çalışmaları: Multikat Kaplamaları Kullanan Teleskoplar

Hubble Uzay Teleskopu

Hubble'ın birincil aynası, Lyman-alpha'da (%12-nm) ve% 90 ile kaplı olan 2.4 metredir. ancak, saf alüminyumun 25-nm magnezyum flororide bulunan özel bir multikat kaplama, yüksek çözünürlükte yansımaya uygulanır.

James Webb Space Teleskobu

JWST'nin 18 hexagonal beryllium ayna segmentleri, çok ince bir beton tabakası ile kaplıdır (sadece yaklaşık 5 nm) kızılötesi yansımalarını en üst düzeye çıkarmak için. Gold's reflectivity% 0,50 ila 30 μm. altın bir tabakada çok ince bir koruyucu tabaka ile kaplıdır (yalnızca JWST lensler, dichroics ve lensler) çok fazla kaplamayı önlemek için çok katmanlıdır.

Büyük Syn Optik Araştırma Teleskopu (Vera C. Rubin Gözlemevi)

LSST'nin 8.4-meter birincil /tertiary aynası bir roman kaplama kullanır: 10nm silikon nitrit tabakası (Si3N4) ve SiO2'nin üst katmanını sağlar.Bu kaplama, 140-1050 nm'yi mükemmel bir dayanıklılık ile birleştirir.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Birçok ilerlemeye rağmen, büyük teleskop aynaları kaplama zor kalır. kaplama, dev bir yüzeyde üniforma olmalıdır - düşük Dünya yörüngesinde atomik oksijen değişimi on nanometrenin yansımaları ile zirveye geçebilir. Kaplama içindeki yüzeyler ve streslerin ısı genişlemesi, elementin içindeki ısınması, UV radyasyonu altında stabil olmalıdır.

Yeni gelişmeler şunları içerir:

  • [FONT:0)Nanoyapılı kaplamalar: Bu, yüksek çözünürlüklü lensler veya nanopiller oluşturmak için alt dalgalar içerir.
  • [FONT:0] Adaptif kaplamalar:[Dönetici:0) Bir elektrik alanında reraktif indeksi değiştirebilir olan elektro-optik malzemeler kullanılarak, bunlar, termal sürüklenme veya kirlenme için gerçek zamanlı olarak yansımaları ayarlayabilir.
  • [FONT:0)Multispectral kaplamalar: Ekranda, yakın zamanda görünür, yakın-infrared ve termal kızılötesi, tek bir teleskopun aynaları değiştirmeden birden fazla enstrümanlara hizmet etmesine izin veriyor.
  • [FONT:0)Kendi temizleme kaplamaları: Fotocatalytic malzemeler (örneğin, titanyum dioksit) UV ışığı altında organik kirleticileri kırar, büyük aynaları temizlemek için gerekli olan ihtiyacı azaltır.

[FONT=0] Avrupa Güney Gözlemevi[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE], yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, % 0.1'den az olan % 0.1 oranındaki emissiviteye sahip olan gümüşleri bir araya getiren, ayna kaplamaları, yüksek çözünürlükte ısıtılması için test eden yüksek çözünürlükte ELT'ye izin verecek.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Multikat kaplamaları, modern teleskoplar için teknolojiye kritik bir yoldur. Tam olarak ışığın müdahalesini kontrol ederek, yansımaları azaltır, dinamikleri azaltır ve çevreden optikleri korurlar.Uzgunlu malzemelerden, gelişmiş üretim teknikleri ile -gelen teleskoplar evreni her zaman harika detayda ortaya çıkarır.

[FONT:0]Further okuma:[Dönetici:[Dönetici:0)) Karşılaştırmalı Optikler için ) tarafından belgelenmiş durumda [FONTSTR][FONT=D][FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=TRNT=FONT=TRNT=FONT=FONT=FONT=FONT=