Esta mejora de los recubrimientos es muy relevante para las futuras misiones espaciales de la NASA, como el llamado “Observatorio de Mundos Habitables” que quieren captar toda la luz que llega desde el infrarrojo al gran ultravioleta (LUVOIR). Uno de los instrumentos propuestos para estas nuevas misiones es el LUMOS (LUVOIR Ultraviolet Multi-Object Spectrograph), diseñado para revolucionar la espectroscopia de alta resolución y cuyo canal de imágenes necesita mejores filtros en el ultravioleta lejano tal y como destacan los autores.

Animación del plan de despliegue del observatorio LUVOIR-A de 15 m. / Nasa.gov

Para ello, es fundamental contar con espejos y filtros ópticos de muy alta reflectancia y muy sensibles a cambios en la longitud de onda. Los recubrimientos multicapa de fluoruro son actualmente la mejor opción, pero necesitan mejorarse para la próxima generación de misiones espaciales.
En este trabajo, el equipo investigador ha caracterizado mediante microscopía de fuerza atómica y espectrometría de iones, la rugosidad de la capa, el tamaño de grano y los problemas de mezcla entre capas de los recubrimientos formados por capas alternas de fluoruro de aluminio y fluoruro de lantano, y lo han comparado con los sistemas tradicionales de fluoruro de magnesio y lantano.
Los resultados demostraron que los recubrimientos de aluminio y lantano presentan menores defectos estructurales. En teoría cuantas más bicapas se utilicen más aumentará la reflectancia, pero también aumenta la rugosidad de la superficie y otros defectos. En el estudio se encontró que el número óptimo eran 15 bicapas que con los recubrimientos multicapa de AlF3/LaF3 consiguieron reflejar el 87% de la luz ultravioleta con longitud de onda de 121,6 nm en comparación con el 75% de los recubrimientos multicapa de MgF2/LaF3.
Este trabajo sienta las bases para optimizar el diseño de espejos y filtros ópticos ultravioletas que serán imprescindibles para la próxima generación de grandes telescopios espaciales de la NASA, acelerando el progreso científico en esta parte crucial pero aún poco explorada del espectro electromagnético.
Además de la nueva generación de telescopios espaciales, otros campos tecnológicos pueden beneficiarse de los avances en los recubrimientos reflectantes del ultravioleta lejano. Estos incluyen la óptica del láser excimer, que es un tipo de láser ultravioleta. Los recubrimientos para el ultravioleta lejano también pueden ser útiles en campos como los reactores de fusión termonuclear para la caracterización del hidrógeno y también en la industria de fabricación de microchips mediante litografía de 193.
El diseño de espejos y filtros ópticos capaces de reflejar eficientemente la luz ultravioleta lejana plantea hoy en día un gran desafío tecnológico. En esta parte del espectro electromagnético, por debajo de los 200 nm de longitud de onda, la mayoría de materiales absorben fuertemente la radiación debido a las altas energías involucradas. Esto reduce en gran medida la disponibilidad de sustancias con baja absorción que puedan utilizarse espejos de luz ultravioleta. A estas longitudes de onda, los efectos cuánticos son relevantes en la interacción luz-materia, haciendo muy difícil predecir y controlar con precisión los índices de refracción y demás características de cada nuevo material. Esto complica el diseño de nuevos recubrimientos multicapa, donde se requiere un control nanométrico de los espesores de capa.

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