높은 제조의 새로운 방법

Aug 16, 2023

오늘날 천문학자들은 가능한 가장 희미하고 가장 먼 물체를 관찰하려고 노력합니다. 수십 미터 정도의 조리개를 가진 초대형 망원경(ELT)은 이를 위한 차세대 시설입니다.

그러나 더 큰 망원경을 만드는 것은 방정식의 일부일뿐입니다. 다른 부분은 가능한 가장 효율적인 방법으로 수집된 광자를 감지하는 기능입니다. 이것이 바로 천문 장비의 다른 모든 광학 구성 요소를 보다 효율적으로 만드는 것이 중요한 부분입니다. 현대 천문학에서 사용되는 필수 구성 요소 중 하나는 회절 격자입니다. 그 역할은 유리 프리즘이 하는 것과 유사하게 들어오는 빛을 구성 주파수로 공간적으로 확산시키는 것입니다. 광자의 파동 특성을 활용하는 정밀하게 설계된 구조 덕분에 회절 격자는 매우 높은 해상도로 다양한 파장의 빛을 분리할 수 있습니다. 격자를 망원경 및 분광계와 결합하면 과학자들은 천체의 스펙트럼 특성을 분석할 수 있습니다.

지난 10년 동안 격자 기술의 다소 정체된 발전에 자극을 받아 오스틴에 있는 텍사스 대학교의 이한신 연구원과 미국 샬럿에 있는 노스캐롤라이나 대학교의 Menelaos K. Poutous 연구원은 회절을 제조하는 완전히 다른 방법에 중점을 두었습니다. 격자. 최근 Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems에 발표된 논문에서 그들은 일반적으로 플라즈마 기반 제조 기술인 반응성 이온 플라즈마 에칭(RIPLE)을 사용하여 개념 증명 고효율 회절 격자 제조에 성공했다고 보고합니다. 반도체에 사용됩니다.

간단히 말해서, 이 연구에 사용된 RIPLE 프로세스에는 석영 기판 위에 배치된 크롬 마스킹 층에 원하는 격자 패턴을 "그리는"(고정밀 전자빔 사용) 작업이 포함됩니다. 그런 다음 격자 패턴은 화학적 반응성 플라즈마를 사용하여 석영 기판에 직접 조각됩니다. 크롬 마스크는 보호막 역할을 하며 플라즈마는 노출된 부분만 먹어치웁니다.

이론적 계산, 시뮬레이션, 실험적 시행착오를 통해 공정의 다양한 매개변수를 미세 조정한 후 연구원들은 매우 정밀한 나노 규모 구조를 갖춘 1차 회절 격자를 생산할 수 있었습니다. 이는 이론에 가까운 비편광 회절 효율로 해석되어 최고점에서 94.3%에 도달하고 200nm보다 넓은 파장 범위에서 70% 이상을 유지합니다. "이러한 유형의 성능은 광자 부족으로 인해 모든 효율성 향상이 실제로 중요한 천문학에 사용되는 회절 격자에서는 거의 달성되지 않았습니다."라고 Lee는 말했습니다.

회절 격자를 생산하기 위해 RIPLE 프로세스를 사용하는 또 다른 이점은 격자 구조가 유리 기판에 직접 내장되어 동일한 재료 특성을 공유한다는 것입니다. Poutous는 "우리의 격자는 광학적, 열적, 기계적 측면에서 매우 견고하므로 우주 관측소 및 극저온 시스템과 같은 열악한 환경에 이상적입니다."라고 Poutous는 말했습니다. 엔지니어링 분광 측정.”

전반적으로, 이 연구의 결과는 회절 격자가 제조되는 방식에 혁명을 일으킬 수 있는 RIPLE 프로세스의 잠재력을 보여줍니다. 연구원들은 조리개가 30미터 이상인 지상 기반 ELT 시대가 다가올 때 이러한 고효율 격자의 미래 사용에 대해 낙관하고 있습니다. 운이 좋다면, 이 격자는 천문학자들이 향후 몇 년 동안 우주에서 멀리 떨어진 극도로 희미한 물체를 관찰하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

Hanshin과 Poutous의 Gold Open Access 논문, "천문학의 저/중/고해상도 분광학을 위한 반응성 이온 플라즈마 식각 표면 릴리프 격자", J. Astron을 읽어보세요. 텔레스크. 악기. 시스템. 8(4) 045002 2022, doi 10.1117/1.JATIS.8.4.045002.

SpaceRef 공동 창립자, Explorers Club 회원, 전 NASA, Away Teams, 언론인, 우주 및 우주 생물학, Lapsed Climber.