Filtres optiques à bande ultra-étroite :extension de l'imagerie haute résolution de l'UV au LWIR

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

Les progrès des capteurs optiques et des technologies d’imagerie sont de plus en plus rapidement intégrés dans la façon dont les humains interagissent, se comprennent et explorent le monde qui les entoure. Le champ d'investigation des dispositifs optiques est vaste et ils permettent des technologies à l'intérieur, telles que les dispositifs bioMEMS transdermiques implantés, et au-delà, ou en tant qu'arpenteurs de vols spatiaux déployés comme instruments dans l'espace proche et lointain. Au cœur de la fonctionnalité des dispositifs optiques modernes, les filtres optiques à couche mince passe-bande ultra-étroite (UNBP) permettent la discrimination des bandes subnanométriques à l'intérieur de larges spectres. Ces filtres, pionniers en tant que filtres NIR DWDM pour l'industrie des télécommunications, sont désormais essentiels pour extraire un signal significatif des dispositifs d'imagerie et de détection fonctionnant n'importe où entre les bandes ultraviolettes profondes et 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 coûteuse en un processus de fabrication hautement déterministe. Les attributs critiques du filtre tels que le facteur de forme, l'uniformité spatiale et la résolution spectrale ont dépassé les seuils de capacité/performance de ces dernières années. Les exemples suivants mettent en évidence certaines des dernières applications des UNBP.

L'héliophysique, en tant que discipline, est devenue une curiosité sociale et un lieu d'étude d'un large éventail d'interactions Soleil-Terre. La recherche sur les phénomènes de champ magnétique/plasma, tels que les éjections de masse coronale (CME), suscite un grand intérêt. 2 Les recherches menées au cours des deux dernières décennies vont des vols en haute atmosphère aux instruments embarqués à bord de nombreuses missions de vols spatiaux. Ces géomètres solaires ont utilisé des filtres UNBP multi-longueurs d'onde pour des analyses à haute résolution spatiale et temporelle des segments bas, moyen et haut de l'héliosphère. À mesure que l’instrumentation de nouvelle génération est en cours de développement, les besoins en matière d’imagerie à résolution plus fine de la vitesse du plasma (c’est-à-dire le profilage de la température de l’héliosphère) ont augmenté. Pour répondre à ce besoin, Alluxa construit des UNBP multi-cavités de haute finesse dans l'UV.

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

Des filtres comportant plus de 500 couches ont été produits pour les spectrographes d'imagerie et d'autres applications de détection. À l'aide d'un ensemble d'instruments développés en interne, les filtres Alluxa présentent un FWHM <0,5 nm et une transmission maximale de 0,10 à 0,50 (10 à 50 %), tout en bloquant 200 à 1 200 nm à OD6-12, comme le montre la figure 2. Ce profil spectral impressionnant est attribué à la configuration du système de dépôt et aux méthodologies de processus visant à minimiser les pertes (diffusion + absorption) dans les filtres à nombre d'interfaces élevé, un capacité essentielle aux filtres UV haute performance.

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

L'observation et la modélisation atmosphérique sont au cœur des préoccupations de tous ceux qui embarquent dans cette bulle bleue. Cela pourrait modifier considérablement la vie des individus et les constructions géoéconomiques telles que le système commercial mondial des émissions de gaz à effet de serre. Plus précisément, les filtres à 532 nm et 1 064 nm joueront un rôle important dans l’amélioration de notre capacité à mesurer la rétrodiffusion et la dépolarisation volumique des profils diurnes de nuages ​​et d’aérosols dans la troposphère. Les figures 3 et 4 démontrent respectivement les performances d'un filtre passe-bande ultra-étroit 532-0,127 et 1064-0,25 OD6, correspondant étroitement à la simulation théorique prévue. Les filtres seront mis en œuvre lors d’une mission de vol pour une utilisation pratique en télédétection atmosphérique Lidar. 3, 4 Figure 4. Filtre passe-bande ultra-étroit NIR, CWL à 1 064 nm. (Image :Alluxa)

Un autre domaine d'expérimentation et de croissance est celui de la surveillance et de l'analyse des gaz, en particulier aux longueurs d'onde du LWIR. Les applications du laser dans ce régime de longueurs d'onde vont des procédures expérimentales de détatouage à la fabrication d'équipements médicaux. Le contrôle de la bande passante du laser et l'atténuation de la lumière hors bande sont essentiels dans ces applications et, par conséquent, les ultra-étroits deviennent rapidement un composant critique. La figure 5 présente les capacités d'Alluxa à concevoir et fabriquer de manière fiable un 10,6 microns avec un FWHM <0,1 micron dans la région LWIR.

Figure 5. Passe-bande ultra-étroit LWIR de 10,6 microns. (Image :Alluxa)

Le large éventail d’applications en constante évolution nécessitant des filtres passe-bande ultra-étroits crée une demande d’innovation et d’amélioration constantes. Qu'il s'agisse de minimiser la perte ou la diffusion dans l'UV, d'améliorer la répétabilité et l'adéquation théorique dans le VIS et le NIR, ou encore d'augmenter la transmission intra-bande en conjonction avec des bandes passantes plus étroites dans le LWIR, Alluxa continue de répondre à l'appel à l'innovation. La plate-forme de dépôt SIRRUS™, ainsi que l'expertise en conception et en ingénierie d'Alluxa, ont fondamentalement contribué à la capacité et au progrès dans un laps de temps relativement court, comme le démontrent ces UNBP repoussant les limites.

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

Références

1. SVS. « Studio de visualisation scientifique de la NASA | une tranche de lumière :comment IRIS observe le Soleil. » SVS, 26 juin 2015.
2. "EUVST – NASA Science". NASA, NASA, science.
3. « Système de transport cloud-aérosol (CATS) ». Chats.
4. "NASA AOS – Le Lidar ALICAT pour l'orbite inclinée AOS :présentation de l'instrument et performances projetées. » Aos.gsfc.nasa.gov, aos.gsfc.nasa.gov/meetings-documents-more.htm?id=175.