Científicos del Grupo de Óptica de Láminas Delgadas del Instituto de Óptica, del LABMET de la Universidad Carlos III de Madrid y de la Catholic University of America and NASA Goddard Space Center acaban de publicar un artículo en la revista Optical Materials Express en el que estudian por primera vez las condiciones de fabricación idóneas para conseguir el recubrimiento necesario para el funcionamiento de instrumentos ópticos que "vean" el ultravioleta lejano y que así nos den nueva información del universo que nos rodea.

Ultravioleta lejano

Las observaciones astronómicas en el ultravioleta lejano (con longitudes de onda λ = 100-200 nm) son clave para revelar información fundamental para la astrofísica, la física solar y la física de la atmósfera.
Por ejemplo LUMOS es el espectrógrafo ultravioleta multi-Objeto de la misión del nuevo telescopio espacial LUVOIR que compite para convertirse en la próxima misión insignia de la NASA, y tiene como misiones el estudio de estrellas anfitrionas de exoplanetas, de Chorros de agua de agua en los satélites del sistema solar exterior y la tomografía de halos circungalácticos, entre otras.

Recubrimientos para el ultravioleta lejano

La proxima generación de instrumentos espaciales necesita el desarrollo de espejos con recubrimientos dieléctricos eficientes en el ultravioleta lejano.
La astronomía del ultravioleta lejano se ha visto muy obstaculizada por el rendimiento de sus componentes ópticos, junto con los detectores, que en última instancia limitan la sensibilidad de los telescopios espaciales y sus instrumentos. La alta absorción de este tipo de luz por los materiales hace dificil fabricar los elementos ópticos de un telescopio, como por ejemplo un espejo. Esto, junto con la necesidad de un conocimiento preciso de las constantes ópticas de los materiales en esta parte del espectro se encuentran entre los principales factores que limitan el rendimiento óptico de los recubrimientos.

Estos recubrimientos se basan en múltiples capas muy finas de MgF2 y LaF3 (los fluoruros son muy transparentes al ultravioleta lejano) en las que la luz se refleja o se transmite en todos los cambios de capa creando interferencias constructivas o destructivas y que gracias a su diseño consiguen que se termine reflejando solo la longitud de onda que necesita el instrumento.
Sin embargo, el procedimiento de deposición para obtener recubrimientos con un rendimiento óptimo no se ha detallado completamente hasta ahora.

Este trabajo investiga el efecto del número de capas y de la temperatura del sustrato durante la deposición sobre la reflectancia del recubrimiento, y en su evolución en el tiempo. Los recubrimientos mantuvieron una reflectancia por encima del 90% después de casi un año de almacenamiento en un desecador.
Si el recubrimiento se deposita a alta temperatura, se expande más que la mayoría de los sustratos, y al enfriarse puede agrietarse; por otra parte, si se deposita el recubrimento sobre un sustrato a temperatura ambiente, las capas tienden a ser más porosas. Tal porosidad podría llenarse con moléculas de vapor de agua u otros contaminantes al exponerse a la atmósfera, lo que puede aumentar la absorción de luz ultravioleta lejana y, por lo tanto, disminuir el rendimiento del recubrimiento.

En el estudio se encontró una temperatura de deposición de compromiso de ~ 240 ° C y 13 bicapas para una reflectancia óptima. Por encima de esta temperatura de deposición, la tensión aumentó, lo que resultó en una extensión del área agrietada y en un ligero aumento de rugosidad y disminución de reflectancia a esta luz. Las capas que se depositaron a temperatura ambiente y luego se recocieron dieron como resultado una reflectancia y tensión similares a las de los recubrimientos depositados en caliente para la misma temperatura.

Otros campos de investigación también pueden beneficiarse del desarrollo de espejos más eficientes de luz ultravioleta lejana, como observaciones espaciales para física solar y física atmosférica u otros campos que involucran radiación ultravioleta lejana, como óptica de láser excimer (láser de luz ultravioleta), líneas de luz láser de petavatios, reactores de fusión termonuclear y la industria de semiconductores.

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Este trabajo es una colaboración entre el Instituto de Óptica, el LABMET de la Universidad Carlos III y la Catholic University of America - NASA Goddard Space Center