पराबैंगनी (यूवी) तरंग दैर्ध्य में एस्ट्रोफिजिक्स अवलोकन अक्सर ब्रह्मांड के सबसे गतिशील पहलुओं की जांच करते हैं। हालांकि, पराबैंगनी फोटॉन की उच्च ऊर्जा का मतलब है कि एक अवलोकन उपकरण बनाने वाली सामग्रियों के साथ उनकी बातचीत कम कुशल होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम समग्र थ्रूपुट होता है। पतली फिल्म कोटिंग्स के विकास में नए दृष्टिकोण परमाणु पैमाने पर उपकरण संरचनाओं के कोटिंग्स इंजीनियरिंग द्वारा इस कमी को संबोधित कर रहे हैं।
नासा जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (जेपीएल) के शोधकर्ता परमाणु प्रकाश को मापने वाले उपकरणों के लिए नई कोटिंग प्रौद्योगिकियों को सक्षम करने के लिए परमाणु परत जमाव (एएलडी) और परमाणु परत नक़्क़ाशी (एएलई) को नियुक्त कर रहे हैं। पारंपरिक ऑप्टिकल कोटिंग्स बड़े पैमाने पर वाष्पीकरण जैसे भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) तरीकों पर निर्भर करते हैं, जहां स्रोत सामग्री को वाष्पीकृत करके कोटिंग परत का गठन किया जाता है और फिर इसे इच्छित सब्सट्रेट पर संघनित किया जाता है। इसके विपरीत, ALD और ALE एक समय में सामग्री के एक परमाणु परत के बयान (या हटाने) के परिणामस्वरूप स्व-सीमित रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक चक्रीय श्रृंखला पर भरोसा करते हैं। एक कोटिंग या नक़्क़ाशी में यह आत्म-सीमित विशेषता परिणाम जो कि एएलडी या एएलई चक्रों की संख्या द्वारा निर्धारित सटीक रूप से नियंत्रित परत की मोटाई के साथ मनमानी आकृतियों पर अनुरूप हैं।
सेमीकंडक्टर उद्योग में ALD और ALE तकनीक आम हैं जहां वे उच्च प्रदर्शन वाले ट्रांजिस्टर बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। एक ऑप्टिकल कोटिंग विधि के रूप में उनका उपयोग कम आम है, विशेष रूप से पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य पर जहां ऑप्टिकल कोटिंग सामग्री का विकल्प काफी हद तक अधिक सामान्य धातु ऑक्साइड के बजाय धातु फ्लोराइड्स तक सीमित है, फ्लोराइड सामग्री के बड़े ऑप्टिकल बैंड ऊर्जा के कारण, जो कोटिंग्स में अवशोषण हानि को कम करता है। हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ सह-प्रतिक्रिया के आधार पर एक दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, जेपीएल में टीम ने विभिन्न प्रकार के फ्लोराइड-आधारित एएलडी और एएलई प्रक्रियाओं को विकसित किया है।
इन धातु-फ्लोराइड सामग्रियों के अलावा, एल्यूमीनियम की परतों का उपयोग अक्सर यूवी में संचालित उपकरणों के लिए चिंतनशील दर्पण और बैंडपास फिल्टर जैसी संरचनाओं के निर्माण के लिए किया जाता है। यद्यपि एल्यूमीनियम में उच्च आंतरिक यूवी परावर्तन होता है, यह आसानी से एक सतह ऑक्साइड भी बनाता है जो यूवी प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करता है। धातु फ्लोराइड कोटिंग की भूमिका तब एल्यूमीनियम की सतह को ऑक्सीकरण से बचाने के लिए है, जबकि उच्च परावर्तन के साथ एक दर्पण बनाने के लिए पर्याप्त पारदर्शिता बनाए रखते हुए।
इस संदर्भ में ALD के उपयोग को शुरू में दो स्मॉलसैट खगोल भौतिकी मिशनों के लिए टेलीस्कोप ऑप्टिक्स के विकास में आगे बढ़ाया गया है जो यूवी में काम करेंगे: सुपरनोवा रिमेनेंट्स एंड प्रॉक्सी फॉर रिओनीज़ेशन टेस्टेड एक्सपेरिमेंट (स्प्राइट) क्यूबसैट मिशन ने ब्रायन फ्लेमिंग के नेतृत्व में कोलोराडो बोल्डर के विश्वविद्यालय में कार्य किया, और एएसपीआरएएआरओएस के लिए कार्लॉज के लिए काम किया। स्प्राइट और एस्पेरा के लिए दर्पण में चिंतनशील कोटिंग्स होते हैं जो लिथियम फ्लोराइड द्वारा संरक्षित एल्यूमीनियम का उपयोग करते हैं नासा गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में उपन्यास पीवीडी प्रक्रियाएं विकसित हुईंऔर ALD के माध्यम से जमा मैग्नीशियम फ्लोराइड का एक अतिरिक्त बहुत पतला शीर्ष कोटिंग।
लिथियम फ्लोराइड का उपयोग नासा के हबल स्पेस टेलीस्कोप जैसे अन्य मिशनों की तुलना में यूवी में “देखने” के लिए स्प्राइट और एस्पेरा को सक्षम बनाता है, जो अपने एल्यूमीनियम दर्पण सतहों की रक्षा के लिए केवल मैग्नीशियम फ्लोराइड का उपयोग करता है। हालांकि, लिथियम फ्लोराइड का एक दोष नमी के लिए इसकी संवेदनशीलता है, जो कुछ मामलों में इन दर्पण कोटिंग्स के प्रदर्शन को लॉन्च करने से पहले जमीन पर नीचा दिखाने का कारण बन सकता है। इस मुद्दे को दरकिनार करने के लिए, मैग्नीशियम फ्लोराइड के बहुत पतली परतों (~ 1.5 नैनोमीटर) को स्प्राइट और एस्पर मिरर पर लिथियम फ्लोराइड के शीर्ष पर ALD द्वारा जमा किया गया था। मैग्नीशियम फ्लोराइड की परतें काफी पतली होती हैं, जो सबसे कम तरंग दैर्ध्य पर दर्पण के प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित नहीं करती हैं, लेकिन मिशन के जमीनी चरणों के दौरान आर्द्रता के खिलाफ स्थिरता को बढ़ाने के लिए पर्याप्त मोटी होती है। इसी तरह के दृष्टिकोण को भविष्य के नासा के प्रमुख रहने योग्य दुनिया ऑब्जर्वेटरी (एचडब्ल्यूओ) के दर्पण कोटिंग्स के लिए माना जा रहा है।
एल्यूमीनियम और धातु फ्लोराइड्स की बहुपरत संरचनाएं भी बैंडपास फ़िल्टर (फिल्टर जो कि यूवी में रिकॉर्ड किए जाने के माध्यम से गुजरने के लिए गुजरने के लिए केवल एक चयनित सीमा के भीतर संकेतों की अनुमति देती हैं) के रूप में कार्य कर सकती हैं। यहां, एएलडी एक आकर्षक विकल्प है जो कि निहित दोहराव और प्रक्रिया के सटीक मोटाई नियंत्रण के कारण है। वर्तमान में एल्यूमीनियम जमा करने के लिए कोई उपयुक्त एएलडी प्रक्रिया नहीं है, और इसलिए जेपीएल टीम द्वारा अतिरिक्त काम ने एक कस्टम वैक्यूम कोटिंग कक्ष के विकास का पता लगाया है जो ऊपर वर्णित पीवीडी एल्यूमीनियम और एएलडी फ्लोराइड प्रक्रियाओं को जोड़ती है। इस प्रणाली का उपयोग यूवी बैंडपास फिल्टर विकसित करने के लिए किया गया है जो सीधे सिलिकॉन (एसआई) सीसीडी जैसे इमेजिंग सेंसर पर जमा किया जा सकता है। ये कोटिंग्स इस तरह के सेंसर को उच्च यूवी दक्षता के साथ संचालित करने में सक्षम कर सकते हैं, लेकिन लंबे समय तक तरंग दैर्ध्य दृश्यमान फोटॉनों के लिए कम संवेदनशीलता जो अन्यथा यूवी टिप्पणियों में पृष्ठभूमि शोर जोड़ देगा।
मल्टीलेयर एल्यूमीनियम और मेटल फ्लोराइड कोटिंग्स से बनी संरचनाएं हाल ही में स्टार-प्लैनेट एक्टिविटी रिसर्च क्यूबसैट को यूवी कैमरे के हिस्से के रूप में वितरित की गई हैं (स्पार्क्स) मिशन एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी में एवगेना शकोलनिक द्वारा नेतृत्व किया गया। जेपीएल-विकसित कैमरा में दूर पराबैंगनी चैनल पर ALD/PVD फ़िल्टर कोटिंग के साथ एक डेल्टा-डॉप्ड SI CCD शामिल है, जो एक बैंड में उच्च दक्षता के साथ एक सेंसर की उपज देता है, जो 160 एनएम के पास कम-से-कम प्रतिक्रिया के साथ कम प्रतिक्रिया के साथ केंद्रित है।
इसके बाद, इन कोटिंग प्रक्रियाओं को विकसित करने वाली जेपीएल टीम ने बड़े-प्रारूप वाले एसआई पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमिकॉन्डक्टर (सीएमओएस) सेंसर की एक सरणी पर एक समान बैंडपास फ़िल्टर को लागू करने पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बनाई है। हाल ही में चयनित नासा मध्यम श्रेणी के एक्सप्लोरर (MIDEX) पराबैंगनी एक्सप्लोरर (UVEX) मिशन कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में फियोना हैरिसन द्वारा नेतृत्व किया गया, जिसे 2030 के दशक की शुरुआत में लॉन्च करने के लिए लक्षित किया गया था।
अतिरिक्त विवरण के लिए, देखें नासा टेकपोर्ट पर इस परियोजना के लिए प्रवेश
प्रोजेक्ट लीड: डॉ। जॉन हेनेसी, जेट प्रोपल्सन लेबोरेटरी (जेपीएल)