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2018
04-18

新的镜面涂层技术有望在望远镜方面取得重大进展


材料科学家小林信彦不太确定为什么几年前他在品酒会上遇到的天文学家对他的研究如此感兴趣,但是随着他对望远镜镜子的了解越来越多,开始变得有意义。 “

”事实证明,提高镜子的性能完全取决于薄膜材料,这就是我所做的。所以我就迷上了,“UC Santa Cruz公司巴斯金工程学院的电气工程教授小林说。

天文学家是UC天文台(UCO)的前任主任约瑟夫·米勒(Joseph Miller),他的兴趣导致了小林和UC圣克鲁斯天文学家安德鲁·菲利普斯(Andrew Phillips)和迈克尔·博尔特(Michael Bolte)之间的兴旺合作。在美国国家科学基金会的资金支持和现任UCO主任克莱尔·马克斯的支持下,研究人员正在开发适用于大型银基望远镜镜面的新型保护涂层,以适应微电子行业广泛使用的技术。

据菲利普斯介绍,大多数天文望远镜镜子都使用铝作为反射层,尽管银具有优越的反射特性。他说:“银是最具反光性的材料,但工作起来却很挑剔,而且很容易腐蚀和腐蚀。 “你需要顶部的屏障层,可以防止任何东西进入到银,而不会扰乱镜子的光学特性。”

提高效率

现有的望远镜可以通过用银重涂反光镜而大大提高效率的铝。博尔特说:“这是迄今为止使我们的望远镜变得更大的最便宜的方法。 “我们想要更大的望远镜的原因是要收集更多的光线,所以如果你的镜子反射更多的光线,就像把它们做得更大一样。”

加利福尼亚州圣克鲁斯市正在开发的新涂层技术可以使这一切变得可行。研究人员正在使用一种称为原子层沉积(ALD)的技术,逐渐建立一层薄膜材料,一次一层分子层,具有优异的均匀性,厚度控制和与基底表面的一致性。在一项试点研究中,ALD提供了比传统物理沉积技术更好的银镜样品保护涂层。菲利普斯说:“原子层沉积性能明显提高。 “问题在于电子行业使用的系统是为硅片设计的,所以它们对于望远镜来说太小了。”

专利概念

使用ALD系统的试点研究的结果在为小微电子设计的小林实验室里,让小组设计了一个更大的系统,可以安装望远镜。他们申请了一个关于他们的概念的专利,发现一个设备供应商愿意与他们合作建立这个系统。位于新泽西州皮斯卡塔韦(Piscataway)的供应商结构材料工业公司(SMI)为微电子工业制造薄膜沉积系统。小林说:“我们给他们的概念和我们的要求,他们做了工程设计工作和制造。

新系统于7月份交付给他的实验室,并在初始测试中表现良好。研究人员将使用该系统来证明其适用于望远镜和其他大型基板,并继续完善涂层。菲利普斯说,该系统可以容纳直径达0.9米的反射镜,没有理由不能扩大设计来容纳更大的反射镜或反射镜。夏威夷的凯克双子望远镜的10米主反射镜由1.8米的六边形片组成,而三十米望远镜(TMT)的反射镜片则是1.4米。

复涂

根据Bolte的说法,在TMT反射镜部分上使用银的愿望是他们对新型涂层技术研究的主要推动力。但他预计这项技术也将用于重涂现有望远镜的镜面。一个镀铝的镜子需要重涂三到五年的时间,这是一个放置望远镜的过程 暂时失去行动。菲利普斯说:“我们不愿意失去望远镜的时间,而且我们在凯克重拍了很多夜晚。” “我们希望有一个可以持续五到十年的银涂层。”

在这一点上,研究人员正在使用物理沉积工艺将银涂层放在镜子毛坯上,同时还有一个初始的阻挡层来保护当镜子被转移到ALD系统时银。然后将原子层沉积用于最终的阻挡层。菲利普斯说:“现在,这是一个混合的过程,但是我们也在跟踪银涂层原子层沉积的发展。

Bolte说,新技术可能会对天文学产生重大影响,就像数十年前数字探测器替代照相印版的出现给全世界的小望远镜带来了新的生机。他说:“这是我们必须使现有望远镜更高效的最后一招。 “这真的可以有很大的不同。”