High-reflective coatings for ground and space based applications

Schürmann, M.; Schwinde, Stefan; Jobst, Paul Johannes; Stenzel, Olaf; Wilbrandt, Steffen; Szeghalmi, Adriana; Bingel, Astrid; Munzert, Peter; Kaiser, Norbert

doi:10.1117/12.2304172

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“…Bei Untersuchungen zeigten Nanolaminate eine hohe Beständigkeit gegenüber relevanten Kontaminationen wie Cl-und S-haltigen Partikeln. Die spezifische Umweltbeständigkeit der untersuchten Laminate war besser als die Beständigkeit der Einzelmaterialien, aus denen die Laminate bestehen [4]. Nanolaminate wirken bei entsprechendem Schichtdesign als Interferenzschichten, mit denen die Reflexion gezielt eingestellt werden kann.…”

Section: Optimierung Von Umweltbeständigkeit Und Optischer Performancunclassified

“…Bei Silber bietet es sich an, den starken Reflexionsabfall im UV-Bereich auf Kosten der Reflexion im VIS-Bereich zu kompensieren. Solche dielektrischen Systeme werden als UV-verstärktes Ag-coating bezeichnet [4]. Abb.…”

Section: Optimierung Von Umweltbeständigkeit Und Optischer Performancunclassified

“…Abb. 2 zeigt eine erhöhte Reflexion im spektralen Bereich von ABBILDUNG 2: Reflexion einer UV-verstärkten Silberschicht mit einem Nanolaminat-Schutzsystem (schwarze Kurve) im Vergleich mit konventionell geschütztem Silber mit einer Einfachschicht (rote Kurve) bei einem Einfallswinkel von 6° [4].…”

Section: Optimierung Von Umweltbeständigkeit Und Optischer Performancunclassified

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UV‐verstärkte Silberschichten

2015

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Für den Bau optischer Instrumente sind silberbeschichtetet Spiegel von großer Bedeutung, weil Silber (Ag) das Metall mit der höchsten Reflexion vom sichtbaren (VIS)-bis in den infraroten (IR)-Spektralbereich ist. Am IOF durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass die Abscheidung einer geschlossenen und dichten Schutzschicht eine notwendige jedoch keine ausreichende Bedingung für einen effektiven Schutz der Silberschicht ist: Hygroskopische Partikel können auch eine Ag-Schicht schädigen, auf die eine fehlerfreie Schutzschicht abgeschieden worden ist. Daher wurden verbesserte Schutzschichten entwickelt, die auf einem Ansatz mit Nanolaminaten basieren. Mit diesem Ansatz kann sowohl die Umweltbeständigkeit als auch die optische Performance von geschützten Silberschichten verbessert werden. ZUSAMMENFASSUNG ABBILDUNG 1: UV-verstärkte Silberschichten mit optimierter Umweltbeständigkeit auf Silizium-und Glas Substraten. Einführung Bei optischen Instrumenten (wie Teleskopen und Scannern) werden in der Regel metallbeschichtete Spiegel eingesetzt. Sie bieten eine hohe Reflexion bei gleichzeitig großer spektraler Bandbreite. Gold beispielsweise besitzt eine hohe Reflexion im IR-Bereich bei gleichzeitig hoher chemischer Stabilität und Aluminium weist auch im UV-Bereich noch eine hohe Reflexion auf [1]. Allerdings ist Silber (Ag) das Metall mit der höchsten Reflexion vom VIS-bis in den IR-Bereich. Ag ist ein Edelmetall und als solches reaktionsträge. Der Kontakt mit einigen Elementen kann jedoch zu Korrosionsprodukten wie Ag 2 S und AgCl führen und somit die hohe Reflexion reduzieren. Ein weit verbreitetes Beispiel hierfür ist das Anlaufen von Ag durch das in der Atmosphäre enthaltene H 2 S [2]. 4 Ag + 2 H 2 S + O 2 → 2 Ag 2 S + 2 H 2 O Das dabei entstehende, dunkle Ag 2 S kann zu drastischem Reflexionsverlust führen. Um eine großflächige Korrosion zu vermeiden, werden Schutzschichten auf das Silber aufgebracht. Die Materialien, die für die Schutzschicht genutzt werden, dürfen im Spektralbereich in dem der Spiegel genutzt werden, keine bzw. nur geringe Absorption zeigen, damit die hohe Reflexion des Silbers erhalten bleibt. Daher ist die Auswahl geeigneter Materialien begrenzt. In der Regel kommen dielektrischen Materialien wie z. B. SiO 2 und Al 2 O 3 zum Einsatz. Schädigungsmechanismen an geschütztem Silber Eine Schutzschicht muss geschlossen und dicht sein, um ein Durchdringen von kritischen Elementen wie S und Cl zu unterbinden. Am IOF durchgeführte Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Abscheidung einer solchen undurchlässigen Schutzschicht zwar eine notwendige aber keine ausreichende Bedingung für einen effektiven Schutz von Silber ist: Hygroskopische Partikel, die Cl und/oder S enthalten, können auch Silberschichten mit zuvor fehlerfreien Schutzschichten schädigen [3]. Solche Partikel sind in der Atmosphäre vorhanden und können damit auch auf der Oberfläche von geschütztem Ag vorkommen. Bei entsprechender Luftfeuchtigkeit bildet sich an solchen Partikeln eine Lösung, die die Schutzschicht zunächst schädigen und anschließ...

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Section: Optimierung Von Umweltbeständigkeit Und Optischer Performancunclassified

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UV‐verstärkte Silberschichten

2015

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“…Although several examples of cryogenic silver-coated aluminum mirrors are found in literature [5][6][7] , the large size of the primary mirror and its curvature raised concerns on the uniformity of the deposition process and stability of the coating.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Test of protected silver coating on aluminum samples of ARIEL main telescope mirror substrate material

Chioetto

Zupella

Deppo

et al. 2021

International Conference on Space Optics — ICSO 2020

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Ariel (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large Survey) has been adopted as the M4 mission for ESA "Cosmic Vision" program. Launch is scheduled for 2029.ARIEL will study exoplanet atmospheres through transit spectroscopy with a 1 m class telescope optimized in the waveband between 1.95 and 7.8 μm and operating in cryogenic conditions in the temperature range 40-50 K.Aluminum alloy 6061, in the T651 temper, was chosen as baseline material for telescope mirror substrates and supporting structures, following a trade-off study. To improve mirrors reflectivity within the operating waveband and to protect the aluminum surface from oxidation, a protected silver coating with space heritage was selected and underwent a qualification campaign during Phase B1 of the mission, with the goal of demonstrating a sufficient level of technology maturity.The qualification campaign consisted of two phases: a first set of durability and environmental tests conducted on a first batch of coated aluminum samples, followed by a set of verification tests performed on a second batch of samples coated alongside a full-size demonstrator of Ariel telescope primary mirror.This study presents the results of the verification tests, consisting of environmental (humidity and temperature cycling) tests and chemical/mechanical (abrasion, adhesion, cleaning) tests performed on the samples, and abrasion tests performed on the demonstrator, by means of visual inspections and reflectivity measurements.

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“…However, they are limited in bandwidth, complex to fabricate and have small tolerance to imperfections . Dielectric Bragg multilayers can be designed to provide an arbitrarily high and broadband reflectivity ( R ). − ,− They typically consist of non-absorbing optical materials with alternating refractive indices ( n i ) in the wavelength range of interest. Even though their application is widespread, a big number of layers, typically up to 80, or materials with high index contrast are needed to make their response broadband. , In most applications, their bandwidth can reach values up to 300 nm, depending on Δ n , and their reflectivity is highly angle dependent ( R (θ)) .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Broadband, High-Temperature Stable Reflector for Aerospace Thermal Radiation Protection

Christidis

Koch

Poloni

et al. 2020

ACS Appl. Mater. Interfaces

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A simple and thermally stable photonic heterostructure exhibiting high average reflectivity (⟨R⟩ ≈ 88.8%) across a broad wavelength range (920−1450 nm) is presented. The design combines a thin, highly reflective and broadband metallic substrate (Ta) with an optimized dielectric coating (10 layers) to create an enhanced reflector with improved optical and thermal properties compared to its constituents. The heterostructure exhibits temperature-reversible reflective properties up to 1000 °C. In order to take advantage of the high reflectivity and temperature stable properties of this coating, in a wide range of non-photonic composite materials, we have fabricated heterostructure platelets as additives. By impregnating these additives into other types of materials, their response can be photonically enhanced. Platelets of such a heterostructure have been introduced inside an organic matrix to increase its broadband reflection performance. The platelet-impregnated matrix displays an average reflectivity improvement from 5% to an average of 55% over a 1000 nm range, making it a suitable additive for next generation thermal protection systems (TPS).

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High-reflective coatings for ground and space based applications

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UV‐verstärkte Silberschichten

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