高品質を製造する新しい方法

Aug 16, 2023

今日、天文学者は可能な限り最も暗く、最も遠い天体を観察しようとしています。 口径が数十メートル程度の超大型望遠鏡（ELT）は、それを実現する次世代の施設です。

ただし、より大きな望遠鏡の構築は方程式の一部にすぎません。 もう 1 つは、収集された光子を可能な限り最も効率的な方法で検出する機能です。 ここで、天文機器の他のすべての光学コンポーネントをより効率的にすることが重要になります。 現代の天文学で使用される重要なコンポーネントの 1 つは回折格子です。 その役割は、ガラスプリズムと同様、入射光をその構成周波数に空間的に広げることです。 光子の波のような性質を利用する精密に設計された構造のおかげで、回折格子は異なる波長の光を非常に高い解像度で分離できます。 格子を望遠鏡や分光計と組み合わせると、科学者は天体のスペクトル特性を分析できるようになります。

過去 10 年間の回折格子技術の進歩がやや停滞していることを動機として、テキサス大学オースティン校の研究者ハンシン・リー氏とノースカロライナ大学シャーロット校（米国）のメネラオス・K・プータス氏は、回折を作製する全く異なる方法に焦点を当てた。格子。 Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems に最近掲載された論文の中で、彼らは、通常はプラズマベースの製造技術である反応性イオンプラズマエッチング (RIPLE) を使用した、概念実証の高効率回折格子の製造に成功したと報告しています。半導体に使用されます。

簡単に言えば、この研究で使用されたRIPLEプロセスには、石英基板の上に配置されたクロムマスキング層上に目的の格子パターンを（高精度の電子ビームを使用して）「描画」することが含まれます。 次に、化学反応性プラズマを使用して、格子パターンを石英基板上に直接彫刻します。 クロムマスクはシールドとして機能し、プラズマは露出した領域のみを侵食します。

理論計算、シミュレーション、実験的な試行錯誤を通じてプロセスのさまざまなパラメーターを微調整した後、研究者らは非常に正確なナノスケール構造を持つ一次回折格子を製造することに成功しました。 これは理論に近い無偏光の回折効率となり、ピークで 94.3% に達し、200 nm より広い波長範囲にわたって 70% 以上を維持します。 「この種の性能が天文学に使用される回折格子で達成されることはほとんどありません。光子枯渇により、あらゆる効率の向上が非常に重要になります」とリー氏は述べています。

RIPLE プロセスを使用して回折格子を製造するもう 1 つの利点は、格子構造がガラス基板に直接埋め込まれていることです。これは、同じ材料特性を共有していることを意味します。 「当社の回折格子は、光学的、熱的、機械的に非常に堅牢であるため、宇宙観測所や極低温システムなどの過酷な環境に最適です。これにより、科学分野や極低温システムなどの幅広い分野での応用が可能になります」と Poutous 氏は述べています。分光測定を工学的に行うことです。」

全体として、この研究の結果は、回折格子の製造方法に革命をもたらすRIPLEプロセスの可能性を示しています。 研究者らは、開口部が30メートルを超える地上設置型ELTの来るべき時代において、このような高効率回折格子が将来的に使用されることに楽観的である。 運が良ければ、これらの格子は、天文学者が今後数年間、宇宙の彼方にある非常に暗い天体を観察するのに役立つでしょう。

Hanshin と Poutous による Gold Open Access 論文「天文学における低/中/高分解能分光法のための反応性イオン プラズマ エッチング表面レリーフ格子」 (J. Astron) を読んでください。 テレスク。 インストラム。 システム。 8(4) 045002 2022、doi 10.1117/1.JATIS.8.4.045002。

SpaceRef 共同創設者、エクスプローラーズ クラブ フェロー、元 NASA、アウェイ チーム、ジャーナリスト、宇宙と宇宙生物学、失踪した登山家。