Optische ultrasmalbandfilters:uitbreiding van beeldvorming met hoge resolutie van UV naar LWIR

Figuur 1. Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) explorer-visualisatie met SJI-beelden in vensters. (Afbeelding:Alluxa)

Vooruitgang op het gebied van optische sensoren en beeldvormingstechnologieën wordt steeds sneller geïntegreerd in de manier waarop mensen met elkaar omgaan, zichzelf begrijpen en de wereld om hen heen verkennen. De reikwijdte van het onderzoek naar optische apparaten is breed en ze maken technologieën binnenin mogelijk, zoals geïmplanteerde transdermale bioMEMS-apparaten, en daarbuiten, of als ruimtevluchtmeters die worden ingezet als instrumenten in de nabije en diepe ruimte. Ultra-narrow bandpass (UNBP) dunne-film optische filters staan ​​centraal in de functionaliteit van moderne optische apparaten en maken discriminatie van sub-nanometerbanden binnen brede spectra mogelijk. Deze filters, ontwikkeld als NIR DWDM-filters voor de telecommunicatie-industrie, zijn nu essentieel voor het extraheren van betekenisvolle signalen uit beeld- en detectieapparatuur die ergens tussen de diepe ultraviolette en midden-infrarode banden werken.

Nieuwe depositietechnieken, zoals SIRRUS™, ontwikkeld bij Alluxa, hebben de fabricage van UNBP-filters getransformeerd van een onderneming met lage doorvoer en hoge kosten in een zeer deterministisch productieproces. Kritische filterkenmerken zoals vormfactor, ruimtelijke uniformiteit en spectrale resolutie hebben de capaciteits-/prestatiedrempels van de afgelopen jaren overschreden. De volgende voorbeelden belichten enkele van de nieuwste toepassingen van UNBP's.

Heliofysica is als onderwerp op de voorgrond gekomen als sociale nieuwsgierigheid en als locatie voor onderzoek naar een breed scala aan interacties tussen de zon en de aarde. Onderzoek naar magnetische veld-/plasmafenomenen, zoals coronale massa-ejecties (CME's), is een onderwerp van groot belang. 2 Onderzoeken van de afgelopen twintig jaar variëren van vluchten bij hoge atmosferische omstandigheden tot instrumentatie aan boord van talloze ruimtevluchtmissies. Deze zonne-landmeters hebben UNBP-filters met meerdere golflengten gebruikt voor scans met hoge ruimtelijke en temporele resolutie van de lage, midden- en hoge segmenten van de heliosfeer. Naarmate de volgende generatie instrumenten wordt ontwikkeld, is de behoefte aan beeldvorming met een fijnere resolutie van de plasmasnelheid (dat wil zeggen temperatuurprofilering van de heliosfeer) toegenomen. Om aan deze behoefte te voldoen, bouwt Alluxa uiterst verfijnde UNBP's met meerdere holtes in de UV.

Figuur 2. UV Ultra-Narrow zonnefilter. (Afbeelding:Alluxa)

Er zijn filters met> 500 lagen geproduceerd voor beeldvorming van spectrografen en andere detectietoepassingen. Met behulp van een reeks intern ontwikkelde instrumenten blijkt dat Alluxa-filters FWHM <0,5 nm en een piektransmissie van 0,10-0,50 (10-50 procent) vertonen, terwijl ze 200-1200 nm blokkeren bij OD6-12, zoals te zien is in figuur 2. Dit indrukwekkende spectrale profiel wordt toegeschreven aan de configuratie van het depositiesysteem en procesmethodologieën voor het minimaliseren van verliezen (verstrooiing + absorptie) in filters met een hoog grensvlakaantal, een vermogen dat cruciaal is voor hoogwaardige UV-filters.

Figuur 3. VIS ultra-nauw banddoorlaatfilter, CWL @ 532 nm. (Afbeelding:Alluxa)

Atmosferische observatie en modellering zijn van groot belang voor iedereen die een ritje maakt op deze blauwe bel. Het zou individuele levens en geo-economische constructies, zoals het mondiale handelssysteem voor de uitstoot van broeikasgassen, aanzienlijk kunnen veranderen. In het bijzonder zullen filters bij 532 nm en 1064 nm significant zijn bij het verbeteren van ons vermogen om terugverstrooiing en volumedepolarisatie te meten voor dagelijkse wolken- en aërosolprofielen in de troposfeer. Figuren 3 en 4 demonstreren de prestaties van respectievelijk een 532-0,127 en 1064-0,25 OD6 Ultra-Narrow Bandpass-filter, die nauw aansluiten bij de beoogde theoretische simulatie. De filters zullen worden geïmplementeerd in een vluchtmissie voor praktisch gebruik bij atmosferische Lidar-teledetectie. 3, 4

Figuur 4. NIR ultra-nauw banddoorlaatfilter, CWL @ 1064 nm. (Afbeelding:Alluxa)

Een ander gebied van experimenteren en groei is dat van gasmonitoring en -analyse, vooral bij golflengten in de LWIR. Lasertoepassingen in dit golflengteregime variëren van experimentele tatoeageverwijderingsprocedures tot de productie van medische apparatuur. Het beheersen van de bandbreedte van de laser en het verzwakken van licht buiten de band zijn van cruciaal belang in deze toepassingen en als gevolg daarvan worden ultra-narrows snel een cruciaal onderdeel. Figuur 5 toont de capaciteiten van Alluxa om een 10,6 micron met FWHM <0,1 micron in de LWIR-regio te ontwerpen en op betrouwbare wijze te produceren.

Figuur 5. 10,6 micron LWIR ultra-smalle banddoorlaat. (Afbeelding:Alluxa)

Het brede scala aan steeds voortschrijdende toepassingen die ultra-smalle banddoorlaatfilters nodig hebben, creëert de vraag naar voortdurende innovatie en verbetering. Van het minimaliseren van verlies of verstrooiing in de UV, tot grotere herhaalbaarheid en theorie-matching in de VIS en NIR, tot verhoogde in-band transmissie in combinatie met smallere bandbreedtes in de LWIR, de roep om innovatie blijft door Alluxa worden beantwoord. Het SIRRUS™-depositieplatform heeft, samen met de ontwerp- en technische expertise van Alluxa, fundamenteel bijgedragen aan de mogelijkheden en vooruitgang binnen een relatief korte tijd, zoals blijkt uit deze grensverleggende UNBP's.

Dit artikel is geschreven door het technische team van Alluxa (Santa Rosa, CA). Bezoek hier  . voor meer informatie

Referenties

1. SVS. “NASA Scientific Visualization Studio | een stukje licht:hoe IRIS de zon observeert.” SVS, 26 juni 2015.
2. “EUVST – NASA-wetenschap.” NASA, NASA, wetenschap.
3. “Cloud-Aerosol Transportsysteem (CATS).” Katten.
4. "NASA AOS – de ALICAT Lidar voor de AOS-Inclined Orbit:instrumentoverzicht en verwachte prestaties." Aos.gsfc.nasa.gov, aos.gsfc.nasa.gov/meetings-documents-more.htm?id=175.