新技术|美国宇航局开发适用于深紫外波段的高反射率光学涂覆技术，试图打开从紫外到红外全波段范围观测的通道

为了实现下一代太空望远镜的预期目标，美国宇航局（NASA）正在进行一项新的光学挑战——开发莱曼α波段天体物理研究用反射镜保护涂层的制备方案。

图为首席研究员Manuel Quijada的工作照

研究背景

截止到目前，还没有一种能够在90-130nm范围内有效保护铝镜高反射率的涂覆技术存在，该波段范围也被称为莱曼α波段。在这一光谱范围内，科学家们可以观测到丰富的光谱线和天文目标，包括太阳系以外可能居住的行星。

难点

首席研究员Manuel Quijada表示：“对紫外望远镜和紫外光谱仪来说，检测这一波段的最大难点在于在该波段范围内镜片的低反射率。”

研究目标

Quijada率领的研究小组正在开发一种可用于红外、深紫外波长敏感铝高反镜的保护涂层技术和材料，继杰姆斯韦伯太空望远镜和广角红外线探测望远镜之后，美国航天局设想在莱曼α波段制造新的望远镜。研究小组的目标是开发一种涂覆工艺，不仅能提高反射镜在深紫外波段的反射率，还能允许对其他波段的观察。

涂覆技术

研究小组尝试用物理气相沉积法将一层薄薄的二氟化氙气体涂覆在铝样本上。据Quijada表示，研究表明，二氟化氙与铝结合产生的氟离子能够防止镜片的进一步氧化。

研究团队还同时在开发两种其他的薄膜沉积技术，分别为离子束辅助物理气相沉积和原子层沉积法。这两种方法都是为了利用三氟化铝薄膜实现环境稳定的涂层制备。

首席研究员Manuel Quijada正在为镜片镀膜

宽光谱范围

Quijada表示：“传统的涂覆工艺不能充分发挥铝反射镜的潜力。我们最新开发的涂覆工艺适用于非常宽的光谱范围——能够在一个单一的天文台上实现从深紫外到深红外波段的光谱观测。美国航天局将获益良多。”

已有基础

研究小组先前已经开发出一种适用于另一紫外波段的涂覆技术，2016年，该研究团队的涂覆工艺被证实能在133.6nm-154.5nm波段范围内提供90%的反射率。据小组人员表示，该反射率是紫外波段目前报道的最高反射率。为了达到这一水平，小组开发了一个“三步物理气相沉积工艺”实现将氟化镁或氟化锂薄膜覆盖在铝反射镜上。

应用

Quijada补充道，该高反射率涂覆工艺适用于多项研究任务，例如，研究地球电离层和太阳风之间相互作用的天体物理学任务就将用到这种涂覆技术。

当提及深紫外光谱范围应用时，Quijada表示：“我们需要进一步推动紫外光谱范围内的各种技术发展，需要打开从紫外到红外整个波段范围的通道，目前，我们在镜片涂覆领域已经开辟了一条道路。”