Hoher Siliziumgehalt (AlSi, Si ≥ 40 %) als Spiegelsubstrat für kryogene Hochleistungs-Metalloptiken
Metalloptiken aus Aluminium 6061 sind weit verbreitet, um die Anforderungen eines Athermisches 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 WAK-Werte zu vermeiden. Die Oberflächenrauheit, Streuverhalten und die Formgenauigkeit von Aluminiumspiegeln sind aufgrund der kristallographischen und mechanischen Eigenschaften des Substratmaterials begrenzt. Spiegel aus Nullausdehnungsglaskeramik 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 Anwendungen im nahen Infrarot wäre ein großer Schritt nach vorne.
Die Verwendung von Aluminiumsubstraten mit einem NiP-Schichtist es möglich, die Leistungsbeschränkung von Aluminiumspiegeln zu überwinden.
Verschieden Poliertechnikenangewendet werden. Dennoch muss die signifikante Inkongruenz im CTE für dieKryogene Anwendung.Schaut man sich die Skalierungsverhalten der Verformung aufgrund der WAK-Fehlanpassung eines einfachen Bimetallische PlatteDie bestimmenden Faktoren werden deutlich:
Für eine Athermischer AnsatzEine expansionsgesteuerte AlSi-Legierung vom AlSi-Lieferanten Tianjin Zuoyuan 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 Strahlkombinierer
Das Die Möglichkeit der Herstellung komplizierter oder leichter Konstruktionen ist ein weiterer Vorteil der Metalloptik. Darüber hinaus ist der Elastizitätsmodul dieses neuen Spiegelmaterials um 30 % höher als bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen. Bild 1 zeigt eine leichte Kolbenspiegeleinheit aus AlSi für die interferometrisch Strahlkombinierer LINC-NIRVANA (LN) [1] am Large Binocular Telescope (LBT). Die Simulation in Abbildung 2 verdeutlicht die reduzierteBimetallischer Effektdurch die Verwendung von AlSi.
Abbildung 1: Kolbenspiegel für den interferometrischen Strahlkombinator LBT (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 Aktuator zu entfernen Differential-Kolbenzwischen den beiden interferometrischen Armen des Instruments und lenken das Licht in den Strahlkombinator-Kryostaten. Eine geringe Masse und eine hohe Eigenfrequenz sind erforderlich. Dieses Ziel wäre nur sehr schwer zu erreichen, wenn die Optiken aus Glas oder Keramik gefertigt würden. Die komplette Einheit (ohne Piezotisch) hat ein Gewicht von nur 3,2 kg (mechanische Größe der Spiegelfläche: 200 kg x 145 mm). Wir erreichten den Zielwert von λ/10 p-v (633 nm) für die gesamte optische Oberfläche.
METimage Drehteleskop Metimage
METimage ist ein neuartiges Teleskopkonzept für ein multispektrales Radiometer mit einer großen Schwadbreite und einem Bodenabtastabstand von < 1km. This telescope is intended for meteorological application and will be used in a succession-satellite system to the present EUMETSAT polar system (EP). The essence of the METimage concept is a novel rotary telescope designed by scientists at JENOPTIK. The instrument registers the light which is reflected by the earth surface, the atmosphere, clouds or scattered sunlight in several spectral canals from thesichtbar bis zum Thermischer Infrarot-Spektralbereich[2]. Es erfüllt die Anforderungen an die Messung 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.
