作者：小编 14 Jan 2022

高硅含量（AlSi，Si ≥ 40 %）作为高性能低温金属光学元件的镜面基板

由铝 6061 制成的金属光学元件已被广泛用于满足无热仪器设计的需求。金刚石车削金属镜是在低温下工作的中红外天文仪器中的标准光学元件。结构和光学元件可以由相同的材料（铝）制成，以避免由于不同的 CTE 而产生的热应力。然而，由于基板材料的晶体学和机械性能，铝反射镜的表面粗糙度、散射行为和形状精度受到限制。由零膨胀玻璃陶瓷或碳化硅 (SiC) 制成的反射镜可用于低温应用。然而，这需要关于制造和安装的巨大努力。因此设计师尽量避免在这些工作条件下使用玻璃或陶瓷。即使在近红外应用中，将相同的材料用于光学和结构将是向前迈出的一大步。
使用带有 NiP 层的铝基板可以克服铝反射镜的性能限制。
可以应用各种抛光技术。然而，对于低温应用，必须减少 CTE 中的显着不匹配。查看由于简单双金属板的 CTE 不匹配导致的变形缩放行为，决定因素变得显而易见：
对于无热方法，来自 AlSi 供应商的膨胀控制 AlSi 合金，与标准铝相比，AlSi 的较高杨氏模量以及 AlSi 和 NiP 之间的小 CTE 失配对减少双金属弯曲都有积极影响。标准铝所必需的非常薄的 NiP 层不再是强制性的。
用于干涉式合束器的活塞镜
制造复杂或轻量化结构的可能性是金属光学器件的另一个优势。此外，这种新型镜面材料的杨氏模量比普通铝合金高 30%。图 1 显示了一个由 AlSi 制成的轻型活塞镜单元，用于大型双筒望远镜 (LBT) 上的干涉光束组合器 LINC-NIRVANA (LN) [1]。图 2 中的模拟说明了由于使用 AlSi 而降低的双金属效应。

 

                        

 

                               图 1：LBT 干涉式合束器的活塞镜（工作温度 -10°C - +20°C）

       

 

   图 2：反射镜 Al 6061（左 = 66 nm p-v）和 AlSi（右 = 39 nm p-v）在 T = 25 K 时具有 50 µm NiP 层（模拟）

LN 活塞镜安装在压电致动器上，以移除仪器两个干涉臂之间的差动活塞，并将光引导至光束组合器低温恒温器。需要低质量和高特征频率。如果光学器件由玻璃或陶瓷制成，则很难实现这一目标。整个装置（不带压电平台）的重量仅为 3.2 kg（镜面机械尺寸：200 x 145 mm）。对于整个光学表面，我们实现了 λ/10 p-v (633 nm) 的目标值。

METimage 旋转望远镜

METimage 是一种用于多光谱辐射计的新型望远镜概念，具有大条带宽度和小于 1 公里的地面采样距离。该望远镜旨在用于气象应用，并将用于目前的 EUMETSAT 极地系统 (EP) 的连续卫星系统。 METimage 概念的精髓是由 JENOPTIK 的科学家设计的新型旋转望远镜。该仪器记录从可见光到热红外光谱范围 [2] 的几个光谱通道中被地球表面、大气、云层或散射的阳光反射的光。它满足用户测量大气、海面和地表物理参数以评估气象相关状态的要求。旋转望远镜的反射光学系统基于三镜象散望远镜 (TMA)。它正在与 JENOPTIK 合作开发（由德国航空航天中心 DLR 支持，编号 50 EE 0926）。