Hoher Siliziumgehalt (AlSi, Si ≥ 40 %) als Spiegelträger für hochleistungsfähige kryogene Metalloptiken

Metalloptiken aus Aluminium 6061 sind weit verbreitet, um die Anforderungen einesAthermisches InstrumentEntwurf. Diamantgedrehte Metallspiegel sind optische Standardkomponenten in astronomischen Instrumenten im mittleren Infrarotbereich, die bei kryogenen Temperaturen arbeiten. Strukturen und Optiken können aus dem gleichen Material (Aluminium) hergestellt werden, um thermische Belastungen durch unterschiedliche CTEs zu vermeiden. Die Oberflächenrauheit,StreuverhaltenDie Formgenauigkeit von Aluminiumspiegeln ist aufgrund der kristallographischen und mechanischen Eigenschaften des Substratmaterials begrenzt. Spiegel aus Nullexpansionsglaskeramik oder Siliziumkarbid (SiC) können für kryogene Anwendungen eingesetzt werden. Dies erfordert jedoch einen enormen Aufwand bei der Herstellung und Montage. Daher versucht der Designer, die Verwendung von Glas oder Keramik unter diesen Arbeitsbedingungen zu vermeiden. Die Verwendung des gleichen Materials für Optiken und Strukturen auch für Nahinfrarot-Anwendungen wäre ein großer Schritt nach vorne.

 

Die Verwendung von Aluminiumsubstraten mit einemNiP-Schichtist es möglich, die Leistungsbeschränkung von Aluminiumspiegeln zu überwinden.

 

VerschiedenPoliertechnikenangewendet werden. Dennoch muss die erhebliche Diskrepanz im CTE für diekryogene Verwendung.Ein Blick auf dieSkalierungsverhaltender Verformung aufgrund der CTE-Fehlanpassung einer einfachenBimetallplatteDie bestimmenden Faktoren werden offensichtlich:

Für eineAthermischer AnsatzEine expansionskontrollierte AlSi-Legierung vom AlSi-Lieferanten Tianjin Baienwei New Material Technology Co., Ltd ist ein vielversprechendes Substratmaterial. Sowohl der höhere Youngs-Modul von AlSi im Vergleich zu Standardaluminium als auch die geringe CTE-Fehlanpassung zwischen AlSi und NiP wirken sich positiv auf die Reduzierung der Bimetallbiegung aus. Sehr dünne NiP-Schichten, wie sie für Standardaluminium notwendig sind, sind nicht mehr zwingend erforderlich.

 

Kolbenspiegel für interferometrischen Strahlkombinator

DasDie Möglichkeit der Herstellung von komplizierten oder leichten Strukturen ist ein weiterer Vorteil der Metalloptik. Darüber hinaus ist der Elastizitätsmodul dieses neuen Spiegelmaterials 30% höher als bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen. Bild 1 zeigt eine leichte Kolbenspiegeleinheit aus AlSi für dieinterferometrischStrahlkombinator LINC-NIRVANA (LN) [1] am Large Binocular Telescope (LBT). Die Simulation in Abbildung 2 veranschaulicht die reduzierteBimetall-Effektaufgrund der Verwendung von AlSi.

 

                        

 

Abbildung 1: Kolbenspiegel für interferometrischen LBT-Strahlkombinator (Arbeitstemperatur -10°C - +20°C)

       

 

    Abbildung 2: Spiegel Al 6061 (links = 66 nm p-v) und AlSi (rechts = 39 nm p-v) mit einer 50 μm NiP-Schicht bei T = 25 K (Simulation)

Der LN-Kolbenspiegel ist auf einemPiezoelektrischer Antriebzum EntfernenDifferentialkolbenzwischen den beiden interferometrischen Armen des Instruments und lenken das Licht in den Strahlkombinierer Kryostat. Eine geringe Masse und hohe Eigenfrequenz sind erforderlich. Es wäre sehr schwierig, dieses Ziel zu erreichen, wenn die Optik aus Glas oder Keramik hergestellt würde. Die komplette Einheit (ohne Piezostufe) hat ein Gewicht von nur 3,2 kg (mechanische Größe der Spiegeloberfläche: 200x 145 mm). Wir haben den Zielwert von λ/10 p-v (633 nm) für die gesamte optische Oberfläche erreicht.

METimage Drehteleskop Metimage

METimage ist ein neuartiges Teleskopkonzept für ein multispektrales Radiometer mit einer großen Schwadbreite und einer Bodenabtastdistanz von sichtbarbis zumThermischer Infrarot-Spektralbereich[2]. Es erfüllt die Nutzeranforderungen für Messungen physikalischer Parameter in der Atmosphäre, der Meeresoberfläche und der Landoberfläche zur Beurteilung meteorologisch relevanter Zustände. Die reflektierende Optik für das Drehteleskop basiert auf einem Drei-Spiegel-Anastigmat-Teleskop (TMA). Es wird in Kooperation mit JENOPTIK (gefördert durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, Nr. 50 EE 0926) entwickelt.