一种可去除x光镜应力的激光微加工技术

2022-10-25 15:32

美国宇航局和其合作者目前设想的先进的空间望远镜需要先进的镜子来操作。然而，制造这些高分辨率的薄壳涂层镜仍然具有挑战性。薄镜子比厚镜子更难制造出精确的形状，而且为了达到所需的反射率而涂在镜子表面的薄膜涂层往往有一个与之相关的内在应力，从而增加了变形。

一种激光微加工技术

该研究小组将飞秒激光微加工与之前开发的一种名为基于应力的数字校正技术相结合。资料来源：Heng Zuo／麻省理工学院Kavli天体物理学和空间研究学院。

麻省理工学院Kavli天体物理学和空间研究所的一个项目现在已经开发出一种激光微加工技术，通过有选择地去除受压薄膜的区域并修改整个镜子的应力，可以帮助解决这个问题。正如发表在《Optica》上的文章所说，这项技术应该能够为天基望远镜提供高通量的薄壳镜校正，特别是像美国宇航局目前计划在2036年发射的Lynx X射线测量仪这样的X射线任务。

麻省理工学院的Heng Zuo说：“由于制造过程往往会使薄的材料严重弯曲，很难制造出具有精确形状的超薄镜子。另外，望远镜的镜子通常都有涂层以增加反射率，而这些涂层通常会使镜子进一步变形。我们现在的技术可以解决这两个挑战。”

该项目建立在麻省理工学院此前的研究之上。2022年4月，麻省理工学院描述了一种数学方法，据此可以使用标准的半导体制造方法在涂层结构上创建应力张量中间结构，影响涂层应用后在这些表面上经历的应力。

新项目使用飞秒激光微机械加工，在使用麻省理工学院的模型计算出必要的应力校正图后，有选择地从镜子的后表面去除涂层区域。一个多通道校正方案使用一个反馈回路来反复减少误差，直到达到一个可接受的镜子轮廓。

“飞秒激光器可以创造出极其精确的孔、通道和标记，而且附带损害很小。与传统方法相比，这些激光器的高重复率允许更快的加工速度和产量。这可以帮助加快下一代X射线望远镜所需的大量超薄镜的制造速度。”

在对应用于平面硅镜的热氧化层进行图案化的试验中，使用515 nm源的飞秒加工被用于两种不同的结构变化：均匀分布的孔的图案化去除以及周期性波谷的细间距去除。

Zuo说：“结果显示，周期性孔的图案化去除导致了等轴碗状的应力状态，而周期性波谷的细间距定向去除产生了非等轴土豆片状的应力成分。将这两个特点与适当旋转槽的方向结合起来，我们可以创造出各种应力状态，原则上可以用来纠正镜子中的任何类型的误差。”