Filtros Ópticos de Banda Ultraestrecha: Extendiendo Imagen de Alta Resolución de UV a LWIR

Figura 1. Visualización del explorador Espectrógrafo de Imagen de Región de Interfaz (IRIS) con imágenes SJI ventana. (Imagen: Alluxa)

Filtros críticos para sensores ópticos modernos

Los avances en sensores ópticos y tecnologías de imagen se asimilan cada vez más rápidamente en cómo los humanos interactúan, se entienden a sí mismos y exploran el mundo que les rodea. El alcance de la investigación para dispositivos ópticos es amplio y permiten tecnologías dentro, como dispositivos bioMEMS transdérmicos implantados, y más allá, o como topógrafos de vuelos espaciales desplegados como instrumentos de espacio cercano y profundo. Central para la funcionalidad de dispositivos ópticos modernos, los filtros ópticos de banda ultraestrecha (UNBP) de película delgada permiten discriminar bandas sub-nanométricas dentro de espectros amplios. Estos filtros, pioneros como filtros DWDM NIR para la industria de telecomunicaciones, son ahora esenciales para extraer señal significativa de dispositivos de imagen y detección que operan en cualquier lugar entre el ultravioleta profundo y las bandas de infrarrojo medio.

Técnica de deposición SIRRUS™: fabricación determinista

Nuevas técnicas de deposición, como SIRRUS™, desarrollada en Alluxa, han transformado la fabricación de filtros UNBP de una empresa de bajo rendimiento y alto coste a un proceso de fabricación altamente determinista. Atributos críticos de filtros como factor de forma, uniformidad espacial y resolución espectral han superado umbrales de capacidad/rendimiento de años recientes. Los siguientes ejemplos destacan algunas de las últimas aplicaciones de UNBP.

Heliofísica: imagen solar de alta resolución

La heliofísica, como tema, ha llegado a la vanguardia como curiosidad social y como campo de estudio de una amplia gama de interacciones sol-tierra. La investigación en fenómenos de campo magnético/plasma, como eyecciones de masa coronal (CME), es un tema de gran interés. Investigaciones en las últimas dos décadas van desde vuelos atmosféricos altos hasta instrumentación a bordo de numerosas misiones de vuelos espaciales. Estos topógrafos solares han usado filtros UNBP multi-longitud de onda para escaneos de alta resolución espacial y temporal de los segmentos bajo, medio y alto de la heliosfera. A medida que se desarrolla la instrumentación de próxima generación, el requisito para imágenes de resolución más fina de velocidad de plasma (es decir, perfilado de temperatura de la heliosfera) ha aumentado. Para abordar esta necesidad, Alluxa está construyendo UNBP multi-cavidad de alta finura en UV.

Figura 2. Filtro Solar Ultra-Estrecho UV. (Imagen: Alluxa)

Se han producido filtros con >500 capas para espectrógrafos de imagen y otras aplicaciones de detección. Usando una instrumentación de array desarrollada internamente, se muestra que los filtros Alluxa exhiben FWHM < 0.5 nm y transmitancia pico de 0.10-0.50 (10-50 por ciento), mientras bloquean 200-1200 nm a OD6-12 como se ve en la Figura 2. Este impresionante perfil espectral se atribuye a la configuración del sistema de deposición y metodologías de proceso para minimizar pérdidas (dispersión + absorción) en filtros de alto conteo de interfaces, una capacidad crítica para filtros UV de alto rendimiento.

Observación atmosférica: 532 nm y 1064 nm

Figura 3. Filtro de Banda Ultraestrecha VIS, CLO @ 532 nm. (Imagen: Alluxa)

La observación y modelado atmosféricos son una preocupación principal para todos los que viajan en esta burbuja azul. Podría alterar significativamente vidas individuales y constructos geo-económicos como el sistema mercantil global de emisiones de gases de invernadero. Específicamente, filtros a 532 nm y 1064 nm serán significativos para mejorar nuestra capacidad de medir retrodispersión y despolarización volumétrica para perfiles diurnos de nubes y aerosoles en la troposfera. Las Figuras 3 y 4 demuestran el rendimiento de un filtro 532-0.127 y 1064-0.25 OD6 de Banda Ultraestrecha, respectivamente, coincidiendo estrechamente con la simulación teórica intencionada. Los filtros se implementarán en una misión de vuelo para uso práctico en teledetección Lidar atmosférica.

Figura 4. Filtro de Banda Ultraestrecha NIR, CLO @ 1064 nm. (Imagen: Alluxa)

Monitoreo de gases en LWIR: 10.6 micras

Otra área de experimentación y crecimiento es la de monitoreo y análisis de gases, particularmente en longitudes de onda en el LWIR. Aplicaciones láser en este régimen de longitud de onda van desde procedimientos experimentales de eliminación de tatuajes hasta fabricación de equipos médicos. Controlar el ancho de banda del láser y atenuar luz fuera de banda es clave en estas aplicaciones y, consecuentemente, los ultraestrechos se están volviendo rápidamente un componente crítico. La Figura 5 muestra las capacidades de Alluxa para diseñar y fabricar de forma fiable un filtro de 10.6 micras con FWHM < 0.1 micra en la región LWIR.

Figura 5. 10.6 micras LWIR Banda Ultraestrecha. (Imagen: Alluxa)

Innovación continua impulsada por aplicaciones diversas

La amplia gama de aplicaciones en constante progreso que necesitan filtros de banda ultraestrecha crea la demanda de innovación y mejora constantes. Desde minimizar pérdida o dispersión en UV, hasta mayor repetibilidad y coincidencia con teoría en VIS y NIR, hasta mayor transmisión en banda junto con anchos de banda más estrechos en LWIR, la llamada a la innovación continúa siendo atendida por Alluxa. La plataforma de deposición SIRRUS™, junto con la experiencia de diseño e ingeniería de Alluxa, ha contribuido fundamentalmente a la capacidad y avance dentro de un período relativamente corto de tiempo como demuestran estos UNBPs que empujan fronteras.

Referencias

1. SVS. "NASA Scientific Visualization Studio|a Slice of Light: How IRIS Observes the Sun." SVS, 26 junio 2015.
2. "EUVST – NASA Science." NASA, NASA, science.
3. "Cloud-Aerosol Transport System (CATS)." Cats.
4. "NASA AOS – the ALICAT Lidar for the AOS-Inclined Orbit: Instrument Overview and Projected Performance." Aos.gsfc.nasa.gov, aos.gsfc.nasa.gov/meetings-documents-more.htm?id=175.

Este artículo fue escrito por el Equipo de Ingeniería de Alluxa (Santa Rosa, CA). Para más información, visite aquí.