Filtros ópticos - Institut Fresnel, Marsella
Aún no está claro qué efectos tienen las tormentas en la atmosfera superior sobre nuestro planeta. Para poder recoger nuevos conocimientos, el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales (CNES) enviará un satélite al espacio a finales de 2019. Este satélite está equipado con un innovador filtro óptico que fue desarrollado por Institut Fresnel en Marsella con tecnología Bühler.
213.08.2019
Hace unos 20 años, los investigadores descubrieron la existencia de gigantescos episodios de luz (TLE) en la atmósfera superior. Hasta ahora, no ha habido un conocimiento claro acerca de la influencia que esta luz y sus descargas de energía tienen sobre la Tierra y qué relación tienen con los destellos de rayos gamma terrestres (TGF) que se producen en las nubes de tormenta superiores. Actualmente, el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales (Centre National d’Études Spatiales CNES) está trabajando en los primeros satélites para estudiar los TLE y TGF. Se prevé que la misión Taranis comience en 2019. El satélite volará por encima de miles de estos episodios de luz y los grabará de forma sistemática.
Para hacer que los componentes individuales del espectáculo de luz fuesen visibles y determinar la composición material, el equipo utilizado en el satélite incluye equipos de medición así como un telescopio con un filtro espectral. En el proyecto Taranis se utilizan filtros muy complejos que hacen que, p. ej., sea visible el nitrógeno. Este filtro fue desarrollado y producido por Institut Fresnel con sede en Marsella.
Gracias a la excelente tecnología de Bühler, nos fue posible fabricar dichos innovadores filtros para realizar estudios espaciales.
Julien Lumeau, Director del equipo de investigación de filtros ópticos de película delgada en Institut Fresnel
Al entrar en el laboratorio de Institut Fresnel, todo brilla y está impecablemente limpio. "La limpieza es una de nuestras máximas prioridades", explica Lumeau. "Si tan solo una partícula de polvo acabase en el filtro, esta podría cubrir un evento de luz y distorsionar el trabajo científico". El acceso al laboratorio solo está permitido con un traje de seguridad de cuerpo completo.
El laboratorio cuenta con un total de cinco dispositivos de recubrimiento óptico. Los tres más recientes son de Bühler. El equipo más antiguo tiene 35 años. En 2012, se añadió un sistema de recubrimiento Helios de Bühler. En 2015, se añadió un Syrus Pro 710, seguido de otro Syrus Pro 710 en 2018. "El alto rendimiento y la alta calidad de las máquinas, además de las buenas relaciones, nos impulsa a invertir en más equipos de Bühler", explica Lumeau.
Institut Fresnel tiene el privilegio de poder escoger entre diversas tecnologías para encontrar la que mejor se adapte al respectivo proyecto. Para ello, Lumeau trabaja en estrecha relación con los expertos de Bühler. "Proponemos nuevos conceptos y después desarrollamos una prueba de concepto con Bühler", explica Lumeau. El filtro para el proyecto Taranis se produjo en la máquina de recubrimiento Helios de Bühler.
La máquina trabaja al vacío. El material de recubrimiento se pulveriza al bombardearlo con iones y los átomos golpeados se condensan en el sustrato de cristal. Los distintos materiales se aplican capa por capa. Se necesitan cerca de 150 capas para realizar un filtro Taranis. En comparación con los recubrimientos antirreflejo que se aplican en las gafas graduadas, cuyos filtros están hechos de muy pocas capas, esta cantidad es bastante alta. El tiempo total para el recubrimiento es mucho mayor. Recubrir unas gafas requiere unos pocos minutos, mientras que para el filtro Taranis se necesitaron más de 10 horas para fabricarlo. "Para poder filtrar la luz en la longitud de onda exacta, es esencial que cada capa se aplique con el espesor correcto de manera exacta", explica Lumeau. "Esto significa una aplicación en el rango nanométrico. Las capas individuales son mucho más finas que 1 micrómetro. Suelen tener menos de una milésima parte del diámetro de un cabello".
Con estas dimensiones dentro del rango nanométrico, no es de sorprender que la medición sea un aspecto muy importante. "La tecnología ha avanzado rápidamente en los últimos años. Los recubrimientos que hace 15 años parecían imposibles, hoy día se fabrican regularmente", dice Lumeau. "El desafío es mejorar la precisión del espesor de las capas y alcanzar la precisión atómica para cada capa". Por este motivo, Institut Fresnel y Bühler están planeando trabajar juntos en la mejora de los sistemas de medición óptica (OMS). El objetivo es crear nuevos métodos para OMS que realicen evaluaciones de manera automática y, por lo tanto, que sean mucho más precisos que los sistemas actuales.
La nueva técnica OMS no es el único proyecto que podría ser de interés para la industria óptica. Institut Fresnel y Bühler también están trabajando en el desarrollo de un filtro variable. Este filtro permitiría que diversos valores de color sean visibles al mismo tiempo. "Las personas ya no quieren poder capturar solo un único valor espectral con un único filtro, sino varios al mismo tiempo", dice Lumeau.
Para que esto sea posible, es necesario que las capas individuales de un filtro sea de diversos espesores en distintos puntos. "Bühler nos ofrece la mejor tecnología del mercado para fabricar filtros complejos de forma homogénea", dice Lumeau. "A partir de esta base, estamos desarrollando un proceso prototipo para filtros variables". Institut Fresnel, a cambio, facilita los resultados de sus investigaciones a Bühler. "Estamos desarrollando un proceso estándar a partir de estos datos y se lo ofreceremos a nuestros clientes", dice Yvonne Bonnin-Degner, directora regional de ventas y servicios de Bühler. "Se trata de la fusión perfecta entre investigación e industria", añade Lumeau.
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