Optische Ultra-Schmalbandfilter:Erweiterung der hochauflösenden Bildgebung von UV auf LWIR

Abbildung 1. Visualisierung des Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) Explorers mit SJI-Fensterbildern. (Bild:Alluxa)

Fortschritte bei optischen Sensoren und Bildgebungstechnologien werden immer schneller in die Art und Weise integriert, wie Menschen interagieren, sich selbst verstehen und die Welt um sich herum erkunden. Der Forschungsbereich für optische Geräte ist breit gefächert und sie ermöglichen Technologien in diesem Bereich, beispielsweise implantierte transdermale BioMEMS-Geräte und darüber hinaus, oder als Raumfahrtvermessungsgeräte, die als Instrumente im nahen und tiefen Weltraum eingesetzt werden. Von zentraler Bedeutung für die Funktionalität moderner optischer Geräte sind optische Dünnschichtfilter mit ultraschmalem Bandpass (UNBP), die die Unterscheidung von Sub-Nanometer-Bändern innerhalb breiter Spektren ermöglichen. Diese Filter, die als NIR-DWDM-Filter für die Telekommunikationsindustrie entwickelt wurden, sind heute unverzichtbar, um aussagekräftige Signale aus Bildgebungs- und Sensorgeräten zu extrahieren, die irgendwo zwischen dem tiefen Ultraviolett- und dem mittleren Infrarot-Band arbeiten.

Neuartige Abscheidungstechniken wie SIRRUS™, die bei Alluxa entwickelt wurden, haben die Herstellung von UNBP-Filtern von einem kostenintensiven Unternehmen mit geringem Durchsatz in einen hochgradig deterministischen Herstellungsprozess verwandelt. Kritische Filterattribute wie Formfaktor, räumliche Gleichmäßigkeit und spektrale Auflösung haben die Fähigkeits-/Leistungsschwellen der letzten Jahre überschritten. Die folgenden Beispiele zeigen einige der neuesten Anwendungen von UNBPs.

Die Heliophysik als Fachgebiet ist als gesellschaftliches Kuriosum und als Ort für die Erforschung eines breiten Spektrums von Sonne-Erde-Wechselwirkungen in den Vordergrund gerückt. Die Erforschung von Magnetfeld-/Plasmaphänomenen wie koronalen Massenauswürfen (CMEs) ist ein Thema von großem Interesse. 2 Die Untersuchungen der letzten zwei Jahrzehnte reichen von Flügen in hoher Atmosphäre bis hin zur Instrumentierung an Bord zahlreicher Raumfahrtmissionen. Diese Sonnenvermesser haben Multiwellenlängen-UNBP-Filter für Scans mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung der unteren, mittleren und hohen Segmente der Heliosphäre verwendet. Mit der Entwicklung der Instrumente der nächsten Generation ist der Bedarf an einer Abbildung der Plasmageschwindigkeit mit feinerer Auflösung (d. h. Temperaturprofilierung der Heliosphäre) gestiegen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, baut Alluxa hochqualitative UNBPs mit mehreren Kavitäten im UV-Bereich.

Abbildung 2. Ultraschmaler UV-Sonnenfilter. (Bild:Alluxa)

Für bildgebende Spektrographen und andere Sensoranwendungen wurden Filter mit>500 Schichten hergestellt. Unter Verwendung einer Reihe von intern entwickelten Instrumenten weisen Alluxa-Filter nachweislich eine FWHM <0,5 nm und eine Spitzentransmission von 0,10–0,50 (10–50 Prozent) auf, während sie 200–1200 nm bei OD6–12 blockieren, wie in Abbildung 2 dargestellt. Dieses beeindruckende Spektralprofil ist auf die Konfiguration des Abscheidungssystems und die Prozessmethoden zur Minimierung von Verlusten (Streuung + Absorption) in Filtern mit hoher Grenzflächenanzahl zurückzuführen, eine Fähigkeit, die für entscheidend ist Hochleistungs-UV-Filter.

Abbildung 3. VIS-Ultraschmalbandpassfilter, CWL bei 532 nm. (Bild:Alluxa)

Die Beobachtung und Modellierung der Atmosphäre ist ein Hauptanliegen für jeden, der mit dieser blauen Blase mitfährt. Es könnte das Leben einzelner Menschen und geoökonomische Konstrukte wie das globale Handelssystem für Treibhausgasemissionen erheblich verändern. Insbesondere Filter bei 532 nm und 1064 nm werden wesentlich dazu beitragen, unsere Fähigkeit zur Messung der Rückstreuung und Volumendepolarisation für tageszeitliche Wolken- und Aerosolprofile in der Troposphäre zu verbessern. Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die Leistung eines Ultra-Narrow-Bandpass-Filters mit 532-0,127 bzw. 1064-0,25 OD6, was der beabsichtigten theoretischen Simulation sehr nahe kommt. Die Filter werden in einer Flugmission für den praktischen Einsatz in der atmosphärischen Lidar-Fernerkundung implementiert. 3, 4

Abbildung 4. NIR-Ultraschmalbandpassfilter, CWL bei 1064 nm. (Bild:Alluxa)

Ein weiterer Bereich des Experimentierens und Wachstums ist die Gasüberwachung und -analyse, insbesondere bei Wellenlängen im LWIR. Laseranwendungen in diesem Wellenlängenbereich reichen von experimentellen Verfahren zur Tattooentfernung bis hin zur Herstellung medizinischer Geräte. Die Steuerung der Bandbreite des Lasers und die Dämpfung von Licht außerhalb des Bandes sind bei diesen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, weshalb ultraschmale Laser schnell zu einer kritischen Komponente werden. Abbildung 5 zeigt die Fähigkeiten von Alluxa, ein 10,6-Mikron-Gerät mit FWHM <0,1 Mikron im LWIR-Bereich zu entwerfen und zuverlässig herzustellen.

Abbildung 5. 10,6 Mikrometer LWIR Ultra-Narrow-Bandpass. (Bild:Alluxa)

Die große Bandbreite an sich ständig weiterentwickelnden Anwendungen, die ultraschmale Bandpassfilter erfordern, schafft den Bedarf an ständiger Innovation und Verbesserung. Von der Minimierung von Verlusten oder Streuungen im UV über größere Wiederholbarkeit und Theorieanpassung im VIS und NIR bis hin zu erhöhter In-Band-Übertragung in Verbindung mit schmaleren Bandbreiten im LWIR wird Alluxa dem Ruf nach Innovation weiterhin gerecht. Die SIRRUS™-Abscheidungsplattform hat zusammen mit der Design- und Ingenieurskompetenz von Alluxa innerhalb relativ kurzer Zeit wesentlich zur Leistungsfähigkeit und Weiterentwicklung beigetragen, wie diese grenzüberschreitenden UNBPs beweisen.

Dieser Artikel wurde vom Ingenieurteam von Alluxa (Santa Rosa, CA) verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier  .

Referenzen

1. SVS. „NASA Scientific Visualization Studio|a Slice of Light:Wie IRIS die Sonne beobachtet.“ SVS, 26. Juni 2015.
2. „EUVST – NASA Science.“ NASA, NASA, Wissenschaft.
3. „Cloud-Aerosol Transport System (CATS)“. Katzen.
4. „NASA AOS – das ALICAT Lidar für die AOS-schräge Umlaufbahn:Instrumentenübersicht und prognostizierte Leistung.“ Aos.gsfc.nasa.gov, aos.gsfc.nasa.gov/meetings-documents-more.htm?id=175.