Filtres optiques ultra-étroits : étendre l'imagerie haute résolution de l'UV au LWIR

Figure 1. Visualisation de l'explorateur Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) avec imagerie SJI fenêtrée. (Image : Alluxa)

Rôle central des filtres UNBP

Les avancées dans les capteurs optiques et les technologies d'imagerie sont toujours plus rapidement assimilées dans la façon dont les humains interagissent, se comprennent et explorent le monde autour d'eux. Le champ d'enquête pour les dispositifs optiques est large et ils permettent des technologies à l'intérieur, comme les dispositifs bioMEMS transdermiques implantés, et au-delà, ou comme des instruments de sondage spatial déployés comme instruments spatiaux proches et profonds. Au cœur de la fonctionnalité des dispositifs optiques modernes, les filtres passe-bande ultra-étroits (UNBP) à couches minces permettent la discrimination de bandes sous-nanométriques à l'intérieur de larges spectres. Ces filtres, pionniers en tant que filtres DWDM NIR pour l'industrie des télécommunications, sont maintenant essentiels pour extraire un signal significatif des dispositifs d'imagerie et de détection opérant n'importe où entre l'ultraviolet profond et les bandes infrarouges moyennes.

De nouvelles techniques de dépôt, telles que SIRRUS™, développées chez Alluxa, ont transformé la fabrication de filtres UNBP d'une entreprise à faible débit et coûts élevés en un processus de fabrication hautement déterministe. Les attributs critiques des filtres tels que le facteur de forme, l'uniformité spatiale et la résolution spectrale ont dépassé les seuils de capacité/performance des dernières années. Les exemples suivants mettent en lumière certaines des dernières applications des UNBP.

Héliophysique : imagerie solaire

L'héliophysique, en tant que sujet, est venue au premier plan comme une curiosité sociale et comme un lieu d'étude d'une large gamme d'interactions soleil-Terre. La recherche sur les phénomènes de champ magnétique/plasma, tels que les éjections de masse coronale (CME), est un sujet de grand intérêt. Les investigations au cours des deux dernières décennies vont des vols en haute atmosphère à l'instrumentation à bord de nombreuses missions spatiales. Ces sondeurs solaires ont utilisé des filtres UNBP multi-longueurs d'onde pour des balayages à haute résolution spatiale et temporelle des segments bas, moyens et élevés de l'héliosphère. Alors que l'instrumentation de prochaine génération est en développement, l'exigence pour une imagerie à résolution plus fine de la vitesse du plasma (c.-à-d., profilage de température de l'héliosphère) a augmenté. Pour répondre à ce besoin, Alluxa construit des UNBP multi-cavité à haute finesse dans l'UV.

Figure 2. Filtre solaire ultra-étroit UV. (Image : Alluxa)

Des filtres avec >500 couches ont été produits pour les spectrographes d'imagerie et d'autres applications de détection. En utilisant un éventail d'instrumentation développée en interne, les filtres Alluxa sont montrés pour exhiber FWHM < 0,5 nm et transmittance de crête de 0,10-0,50 (10-50 pourcent), tout en bloquant 200-1200 nm à OD6-12 comme vu dans la Figure 2. Ce profil spectral impressionnant est attribué à la configuration du système de dépôt et aux méthodologies de processus pour minimiser les pertes (diffusion + absorption) dans les filtres à haut nombre d'interfaces, une capacité critique pour les filtres UV haute performance.

Observation atmosphérique : Lidar

Figure 3. Filtre passe-bande ultra-étroit VIS, CLO @ 532 nm. (Image : Alluxa)

L'observation et la modélisation atmosphériques sont une préoccupation principale pour tous ceux qui prennent un tour sur cette bulle bleue. Cela pourrait altérer significativement les vies individuelles et les constructions géo-économiques telles que le système mercantile global des émissions de gaz à effet de serre. Spécifiquement, les filtres à 532 nm et 1064 nm seront significatifs pour améliorer notre capacité à mesurer la rétrodiffusion et la dépolarisation volumique pour les profils diurnes de nuages et d'aérosols dans la troposphère. Les Figures 3 et 4 démontrent la performance d'un filtre passe-bande ultra-étroit 532-0,127 et 1064-0,25 OD6, respectivement, correspondant étroitement à la simulation théorique prévue. Les filtres seront implémentés dans une mission de vol pour une utilisation pratique dans la télédétection Lidar atmosphérique.

Figure 4. Filtre passe-bande ultra-étroit NIR, CLO @ 1064 nm. (Image : Alluxa)

Surveillance des gaz : LWIR

Un autre domaine d'expérimentation et de croissance est celui de la surveillance et de l'analyse des gaz, particulièrement aux longueurs d'onde dans le LWIR. Les applications laser dans ce régime de longueur d'onde vont des procédures expérimentales d'effacement de tatouage à la fabrication d'équipements médicaux. Contrôler la bande passante du laser et atténuer la lumière hors bande est clé dans ces applications et, par conséquent, les ultra-étroits deviennent rapidement un composant critique. La Figure 5 montre les capacités d'Alluxa à concevoir et fabriquer de manière fiable un 10,6 microns avec FWHM < 0,1 micron dans la région LWIR.

Figure 5. 10,6 micron LWIR Ultra-Narrow Bandpass. (Image : Alluxa)

Innovation continue

La large gamme d'applications en constante progression ayant besoin de filtres passe-bande ultra-étroits crée la demande pour une innovation et une amélioration constantes. De la minimisation des pertes ou de la diffusion dans l'UV, à une plus grande répétabilité et correspondance théorique dans le VIS et NIR, à une transmission en bande accrue en conjonction avec des bandes passantes plus étroites dans le LWIR, l'appel à l'innovation continue d'être relevé par Alluxa. La plateforme de dépôt SIRRUS™, avec l'expertise en conception et ingénierie d'Alluxa, a fondamentalement contribué à la capacité et à l'avancement dans une période relativement courte comme démontré par ces UNBP repoussant les limites.

Cet article a été rédigé par l'équipe d'ingénierie d'Alluxa (Santa Rosa, CA). Pour plus d'informations, visitez ici.

Références

1. SVS. « NASA Scientific Visualization Studio | a Slice of Light: How IRIS Observes the Sun. » SVS, 26 juin 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.