Ultra-smalband Optische Filters: Uitbreiding van Hoogresolutie Imaging van UV tot LWIR

Figuur 1. Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) verkenner visualisatie met venstergebeeld SJI-beeld. (Afbeelding: Alluxa)

Vooruitgang in optische sensoren en imaging-technologieën wordt steeds sneller geassimileerd in de manier waarop mensen interacteren, zichzelf begrijpen en de wereld om hen heen verkennen. De toepassingsbereik voor optische apparaten is breed en ze maken technologieën mogelijk binnen, zoals geïmplanteerde transdermale bioMEMS-apparaten, en daarbuiten, zoals ruimtevaartinstrumenten die als nabije en diepe ruimtesensoren worden ingezet. Centraal voor de functionaliteit van moderne optische apparaten, maken ultra-smal bandpas (UNBP) dunfilm-optische filters discriminatie van sub-nanometer banden binnen brede spectra mogelijk. Deze filters, gepioneerd als NIR DWDM-filters voor de telecommunicatie-industrie, zijn nu essentieel in het extraheren van betekenisvol signaal uit imaging- en sensoringapparaten die overal tussen de diepe ultraviolet en de midden-infrarood banden opereren.

Nieuwe Afscheidingstechnieken: SIRRUS™

Nieuwe afscheidingstechnieken, zoals SIRRUS™, ontwikkeld bij Alluxa, hebben de fabricage van UNBP-filters getransformeerd van een lage-doorvoer, hoge-kost onderneming in een hoogst deterministisch productieproces. Cruciale filterkenmerken zoals vormfactor, ruimtelijke uniformiteit en spectrale resolutie hebben de capaciteits-/prestatiedrempels van de afgelopen jaren overtroffen. De volgende voorbeelden benadrukken enkele van de recentste toepassingen van UNBP's.

Heliofysica: Zon-Aarde Interacties

Heliofysica, als onderwerp, is naar de voorgrond gekomen als maatschappelijke curiositeit en als onderzoeksveld voor een breed scala aan zon-aarde interacties. Onderzoek naar magnetische veld/plasma-fenomenen, zoals koronale massa-uitstoting (CME's), is een onderwerp van groot belang. Onderzoeken van de afgelopen twee decennia variëren van hoge-atmosferische vluchten tot instrumentatie aan boord van talrijke ruimtemissies. Deze zonne-observatoren gebruikten multi-golflengte UNBP-filters voor hoge ruimtelijke en temporele resolutie scans van de lage, middelste en hoge segmenten van de heliosfeer. Naarmate de volgende generatie instrumentatie wordt ontwikkeld, zijn de eisen voor fijner resolutie imaging van plasma-snelheid (d.w.z. temperatuurprofiel van de heliosfeer) toegenomen. Om aan deze behoefte tegemoet te komen, bouwt Alluxa hoge-finesse multi-caviteit UNBP's in de UV.

Figuur 2. UV Ultra-smal Zonnefilter. (Afbeelding: Alluxa)

Filters met >500 lagen zijn geproduceerd voor imaging-spectrografen en andere sensortoepassingen. Met behulp van een array intern ontwikkelde instrumentatie, blijken Alluxa-filters FWHM < 0,5 nm en piektransmissie van 0,10-0,50 (10-50 procent) te vertonen, terwijl ze 200-1200 nm blokkeren bij OD6-12 zoals te zien in Figuur 2. Dit indrukwekkende spectrale profiel wordt toegeschreven aan de configuratie van het afscheidingssysteem en procesmethodologieën voor het minimaliseren van verliezen (verstrooiing + absorptie) in hoge-interface-telling filters, een capaciteit die cruciaal is voor hoogpresterende UV-filters.

Atmosferische Observatie: VIS en NIR

Figuur 3. VIS Ultra-smal Bandpasfilter, CWL @ 532 nm. (Afbeelding: Alluxa)

Atmosferische observatie en modellering zijn een hoofdzorg voor iedereen die een ritje maakt op dit blauwe bolletje. Het kan individuele levens en geo-economische constructies zoals het broeikaseffects-globale handelssysteem aanzienlijk veranderen. Specifiek zullen filters bij 532 nm en 1064 nm significante bijdrage leveren aan het verbeteren van onze mogelijkheid om terugspiegeling en volumedepolarisatie te meten voor diurne wolk- en aerosolprofielen in de troposfeer. Figuur 3 en 4 demonstreren de prestaties van een 532-0,127 en 1064-0,25 OD6 Ultra-smal Bandpasfilter, respectievelijk, die nauw aansluiten bij de bedoelde theoretische simulatie. De filters zullen geïmplementeerd worden in een vluchtmissie voor praktisch gebruik in atmosferische Lidar remote sensing.

Figuur 4. NIR Ultra-smal Bandpasfilter, CWL @ 1064 nm. (Afbeelding: Alluxa)

Gasmonitoring en Analyse: LWIR

Een ander gebied van experimentatie en groei is gasmonitoring en analyse, met name bij golflengtes in de LWIR. Lasertoepassingen in deze golflengte-regime variëren van experimentele tatoeageverwijderingsprocedures tot het fabriceren van medische apparatuur. Het controleren van de bandbreedte van de laser en het dempen van out-of-band licht is cruciaal in deze toepassingen en, consequent, worden ultra-smal filters snel een kritisch component. Figuur 5 toont Alluxa's mogelijkheden om een 10,6 micron met FWHM < 0,1 micron in de LWIR-regio te ontwerpen en betrouwbaar te fabriceren.

Figuur 5. 10,6 micron LWIR Ultra-smal Bandpas. (Afbeelding: Alluxa)

Conclusie: Continue Innovatie

De grote verscheidenheid aan voortdurend vooruitgaande toepassingen die ultra-smal bandpasfilters nodig hebben, creëert de vraag naar constante innovatie en verbetering. Van het minimaliseren van verlies of verstrooiing in de UV, tot grotere herhaalbaarheid en theorie-overstemming in de VIS en NIR, tot verhoogde in-band transmissie in combinatie met smalere bandbreedtes in de LWIR, de roep naar innovatie wordt voortdurend beantwoord door Alluxa. Het SIRRUS™-afscheidingplatform, samen met Alluxa's ontwerp- en engineering-expertise, heeft fund bijgedragen aan de capaciteit en vooruitgang binnen een relatief korte periode, zoals gedemonstreerd door deze grensverleggende UNBP's.

Dit artikel is geschreven door het Alluxa (Santa Rosa, CA) Engineering Team. Voor meer informatie, bezoek hier.

Referenties

1. SVS. "NASA Scientific Visualization Studio | A Slice of Light: How IRIS Observes the Sun." SVS, 26 juni 2015.
2. "EUVST – NASA Science." NASA, NASA, science.
3. "Cloud-Aerosol Transport System (CATS)." CATS.
4. "NASA AOS – the ALICAT Lidar for the AOS-Inclined Orbit: Instrument Overview and Projected Performance." Aos.gsfc.nasa.gov.