Una nueva forma de fabricar droga

Aug 16, 2023

Hoy en día, los astrónomos buscan observar los objetos más débiles y distantes posibles. Los telescopios extremadamente grandes (ELT), con aperturas del orden de varias docenas de metros, son las instalaciones de próxima generación para hacerlo.

Sin embargo, construir telescopios más grandes es sólo una parte de la ecuación. La otra parte es la capacidad de detectar los fotones recolectados de la forma más eficiente posible. Aquí es donde resulta crucial hacer que todos los demás componentes ópticos de los instrumentos astronómicos sean más eficientes. Un componente esencial utilizado en la ciencia astronómica moderna es la rejilla de difracción. Su función es difundir espacialmente la luz entrante en sus frecuencias constituyentes, de forma similar a como lo hace un prisma de vidrio. Gracias a una estructura diseñada con precisión que aprovecha la naturaleza ondulatoria de los fotones, las rejillas de difracción pueden separar luz de diferentes longitudes de onda con una resolución muy alta. Cuando se combinan con un telescopio y un espectrómetro, las rejillas permiten a los científicos analizar las propiedades espectrales de los cuerpos celestes.

Motivados por el progreso un tanto estancado logrado en la tecnología de rejillas durante la última década, los investigadores Hanshin Lee de la Universidad de Texas en Austin y Menelaos K. Poutous de la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, EE. UU., se centraron en una forma completamente diferente de fabricar difracción. rejas. En su artículo publicado recientemente en el Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, informan de su éxito en la fabricación de rejillas de difracción de alta eficiencia como prueba de concepto utilizando grabado por plasma de iones reactivos (RIPLE), una tecnología de fabricación basada en plasma que normalmente utilizado para semiconductores.

En pocas palabras, el proceso RIPLE utilizado en este estudio implica "dibujar" (usando un haz de electrones de alta precisión) el patrón de rejilla deseado sobre una capa de enmascaramiento de cromo colocada sobre un sustrato de cuarzo. Luego, el patrón de rejilla se talla directamente sobre el sustrato de cuarzo utilizando plasma químicamente reactivo; la máscara cromada actúa como un escudo y el plasma solo corroe las regiones expuestas.

Después de ajustar varios parámetros del proceso mediante cálculos teóricos, simulaciones y prueba y error experimental, los investigadores lograron producir rejillas de difracción de primer orden con estructuras a nanoescala muy precisas. Esto se tradujo en una eficiencia de difracción no polarizada casi teórica, que alcanzó el 94,3 % en su punto máximo y se mantuvo por encima del 70 % en un rango de longitud de onda superior a 200 nm. "Este tipo de rendimiento se ha logrado rara vez en rejillas de difracción utilizadas para la astronomía, donde cada ganancia de eficiencia realmente importa debido a la falta de fotones", dijo Lee.

Otra ventaja de utilizar el proceso RIPLE para producir rejillas de difracción es que la estructura de la rejilla está incrustada directamente en el sustrato de vidrio, lo que significa que comparten las mismas características materiales. "Nuestras rejillas pueden ser muy robustas óptica, térmica y mecánicamente, lo que las hace ideales para entornos hostiles, como los que se encuentran en observatorios espaciales y sistemas criogénicos", dijo Poutous, "esto permite su aplicación en una amplia gama de aplicaciones científicas y mediciones espectroscópicas de ingeniería”.

En general, los resultados de este estudio muestran el potencial del proceso RIPLE para revolucionar la forma en que se fabrican las rejillas de difracción. Los investigadores son optimistas sobre el uso futuro de rejillas de alta eficiencia en la próxima era de ELT terrestres con aperturas superiores a 30 metros. Con un poco de suerte, estas rejillas serán fundamentales para que los astrónomos observen objetos extremadamente débiles en el espacio lejano en los próximos años.

Lea el artículo Gold Open Access de Hanshin y Poutous, “Rejillas de relieve de superficie grabadas con plasma de iones reactivos para espectroscopia de baja/media/alta resolución en astronomía”, J. Astron. Telescopio. Instrumento. Sistema. 8(4) 045002 2022, doi 10.1117/1.JATIS.8.4.045002.

Cofundador de SpaceRef, miembro del Explorers Club, ex-NASA, equipos visitantes, periodista, espacio y astrobiología, escalador caído.