Los requisitos científicos de LUMOS incluyen la exploración de señales muy débiles en el ultravioleta lejano, que necesitarán una mejora en el rendimiento óptico de los recubrimientos de banda estrecha del ultravioleta lejano en comparación con los instrumentos pioneros.

La astrofísica, la física solar y la física de la atmósfera pueden beneficiarse también de las observaciones espaciales en el ultravioleta lejano ya que este contiene una gran cantidad de líneas espectrales que pueden ayudar a aumentar el conocimiento del Universo local.

El trabajo de investigación

Como ya hemos dicho los recubrimientos de banda estrecha ultravioleta lejano generalmente consisten en multicapas de dos materiales con índices de refracción contrastantes y de baja absorción en configuración de Bragg. Normalmente se utilizan fluoruros porque son los materiales más transparentes en el ultravioleta lejano.

El equipo investigador, formado por personal del Grupo de Óptica de Láminas Delgadas (GOLD) evaluó el rendimiento de las nuevas multicapas de AlF3/LaF3 en el ultravioleta lejano preparadas por evaporación térmica a 250 °C y comparó este rendimiento con las multicapas de MgF2/LaF3, que se investigaron previamente por el mismo grupo de investigación.
Se investigó la reflectancia en el ultravioleta lejano, el estrés y la influencia de los materiales del sustrato, junto con la estabilidad de multicapas a lo largo del tiempo cuando se almacena en un desecador con bajos niveles de humedad.

Los recubrimientos se depositaron tanto sobre sílice fundida como sobre cristales de CaF2. Las nuevas multicapas de AlF3/LaF3 exhibieron una tensión reducida en comparación con las anteriores de MgF2/LaF3, lo que permitió aumentar el espesor de la multicapa sin que se formaran grietas. Esto permitirá preparar multicapas con mayor número de láminas, y, por lo tanto, con un mayor rendimiento.
Las nuevas multicapas de AlF3/LaF3 sufrieron además un decaimiento de reflectancia menor con el tiempo en comparación con las multicapas de MgF2/LaF3. Las multicapas al fabricarse mostraron una reflectancia máxima cercana al 100 %, y la mayoría de las multicapas de AlF3/LaF3 mantuvieron una reflectancia del 99 % después de varios meses de almacenamiento.

Otras aplicaciones

Los recubrimientos de banda estrecha en el ultravioleta lejano también son útiles para muchos otros campos. Las líneas de luz láser de petavatio, los reactores de fusión termonuclear o la industria de los semiconductores, también pueden beneficiarse del uso de reflectores efectivos en el ultravioleta lejano, un tipo de luz para la cual casi ningún material sirve como espejo.

Estrés de la multicapa e influencia de los materiales del sustrato

Las capas de fluoruros se tienen que depositar por evaporación al vacío sobre un sustrato caliente (250 ºC). Esta fabricación en caliente produce menos porosidad en la capa, ya que la densidad de los materiales de la capa crece y, por tanto, reduce el espacio para el agua o las moléculas contaminantes, lo que podría disminuir el rendimiento del recubrimiento con el tiempo.

Tensión de tracción en los recubrimientos

Las capas depositadas por evaporación térmica sufren tensiones al enfriarse, lo que puede alterar la forma del sustrato y también puede inducir grietas y/o delaminación del recubrimiento. La mayor parte de este estrés tiene un origen térmico cuando el recubrimiento de fluoruro se deposita sobre un sustrato calentado de baja expansión, como la sílice fundida. Esto se debe a la gran diferencia en el coeficiente de dilatación térmica entre los materiales del sustrato y la película, lo que da como resultado una mayor contracción del recubrimiento cuando se enfría desde la temperatura de depósito hasta la temperatura ambiente.
El efecto nocivo de la tensión aumenta con el espesor del revestimiento acumulado y, por tanto, con el número de capas.

Se encontró que el número máximo de bicapas antes de la generación de grietas para las nuevas multicapas de AlF3/LaF3 era ~18-20 (~1000 nm de espesor total), que es considerablemente mayor que el número para las multicapas MgF2/LaF3 que se evaluaron en una investigación previa, que fue ∼13 (~650 nm de espesor total). Esto puede ser debido a que el AlF3 tiene un coeficiente de dilatación térmico menor que el MgF2, y, por tanto, un menor contraste con el coeficiente de dilatación del sustrato de sílice fundida.