MIT 과학자들은 낮은 수준으로 발전

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우주 망원경, X선 거울, 디스플레이 패널과 같은 경량, 고정밀 광학 시스템에 의존하는 기술은 지난 수십 년 동안 크게 발전했지만 겉보기에 단순한 문제로 인해 더 발전된 발전이 제한되었습니다. 예를 들어, 이러한 광학 시스템에 필요한 미세 구조가 있는 거울과 판의 표면은 응력을 받은 표면 코팅 재료로 인해 왜곡되어 광학 품질이 저하될 수 있습니다. 이는 전통적인 광학 제조 방법이 정확한 형상 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪는 우주 광학과 같은 초경량 광학 시스템의 경우 특히 그렇습니다.

이제 MIT Kavli 천체물리학 및 우주 연구 연구소 내 SNL(Space Nanotechnology Laboratory)의 연구원 Youwei Yao, Ralf Heilmann, Mark Schattenburg와 최근 졸업생인 Brandon Chalifoux 박사 '19가 이러한 문제를 극복할 수 있는 새로운 방법을 고안했습니다. 장벽.

Optica 4월 20일자에 게재된 논문에서 연구 과학자이자 논문의 주요 저자인 Yao는 왜곡을 제거하고 연구자가 표면을 보다 정확하고 정밀하게 구부릴 수 있는 방식으로 얇은 판 재료를 재형성하는 새로운 접근 방식을 설명합니다. 복잡한 모양이 필요할 수도 있습니다. 박판 성형은 일반적으로 반도체 제조 중 변형 가능한 거울이나 웨이퍼 평탄화 공정과 같은 높은 수준의 복잡한 시스템에 사용되지만, 이러한 혁신은 향후 생산이 더 정확하고 확장 가능하며 저렴할 것임을 의미합니다. Yao와 나머지 팀은 이러한 더 얇고 더 쉽게 변형 가능한 표면이 증강 현실 헤드셋 및 더 저렴한 비용으로 우주로 보낼 수 있는 더 큰 망원경과 같은 더 광범위한 응용 분야에 유용할 수 있다고 상상합니다. 광학 또는 반도체 표면을 변형하기 위해 응력을 사용하는 것은 새로운 것이 아니지만 현대 리소그래피 기술을 적용함으로써 기존 방법의 많은 과제를 극복할 수 있다고 Yao는 말했습니다.

팀의 작업은 현재 애리조나 대학의 조교수인 Brandon Chalifoux의 연구를 기반으로 합니다. Chalifoux는 기계 공학 박사 과정의 일부로 표면 응력 상태와 얇은 판의 변형을 연결하는 수학적 형식을 개발하기 위해 이전 논문에서 팀과 협력했습니다.

이 새로운 접근 방식에서 Yao는 일반적인 스트레스를 정밀하게 제어하기 위한 새로운 스트레스 패턴 배열을 개발했습니다. 광학 표면용 기판은 먼저 이산화규소와 같은 재료로 만들어진 얇은 고응력 필름 층으로 뒷면을 코팅합니다. 연구원들이 특정 영역에서 재료의 특성을 변경할 수 있도록 새로운 응력 패턴이 필름에 리소그래피 방식으로 인쇄됩니다. 다양한 영역에서 필름 코팅을 선택적으로 처리하면 표면 전체에 응력과 장력이 가해지는 위치가 제어됩니다. 그리고 광학 표면과 코팅이 서로 접착되어 있기 때문에 코팅 재료를 조작하면 그에 따라 광학 표면의 모양도 변경됩니다.

"모양을 만들기 위해 응력을 추가하는 것이 아니라 점이나 선과 같이 세심하게 설계된 기하학적 구조를 사용하여 특정 방향의 응력을 선택적으로 제거하는 것입니다."라고 우주 나노기술 연구소 소장이자 선임 연구 과학자인 Schattenburg는 말합니다. "이것은 거울의 한 위치에서 대상 응력 완화를 제공하여 재료를 구부릴 수 있는 특정한 방법일 뿐입니다."

우주거울 수정에서 나온 아이디어

SNL팀은 2017년부터 NASA 고다드 우주비행센터(GSFC)와 협력해 코팅 응력으로 인한 X선 망원경 거울의 형태 왜곡을 교정하는 공정을 개발해 왔다. 이 연구는 수만 개의 고정밀 거울이 필요한 NASA의 Lynx 차세대 X선 망원경 임무 개념을 위한 X선 거울을 구축하는 프로젝트에서 시작되었습니다. X선을 집중시키는 작업으로 인해 X선을 효율적으로 수집하려면 거울이 매우 얇아야 합니다. 그러나 거울은 얇아지면 강성이 급격히 떨어지고 반사 코팅(X선 반사를 위해 전면에 코팅된 나노미터 두께의 이리듐 층)의 응력으로 인해 쉽게 왜곡됩니다.