Une image microscopique en 3D d'une petite zone d'un miroir revêtu d'or "prêt à l'emploi", produit par tournage au diamant. La plus grande taille de caractéristique est d'environ 30 nm de haut et la rugosité moyenne de la surface est d'environ 10 nm. Pour un produit commercial, il s'agit d'un résultat satisfaisant à utiliser par l'ESA. La qualité de cette surface de miroir a été testée au laboratoire d'optique de l'ESA pour vérifier que ses performances et sa qualité étaient suffisantes pour une utilisation dans une expérience de communication laser. Les lignes verticales allant de haut en bas le long de la surface sont une caractéristique attendue du processus utilisé pour fabriquer le miroir. Ce miroir a été installé dans la station optique au sol (OGS) de l'ESA aux îles Canaries (Espagne) et utilisé avec succès lors de la récente campagne d'essais avec la NASA pour vérifier les performances de leur nouveau terminal laser sur la sonde spatiale Lunar Atmosphere and Dust Explorer (LADEE) en orbite. la lune. Crédit :ESA
Ces images peuvent ressembler à une surface planétaire mais montrent en réalité un autre type d'environnement extraterrestre :une vue microscopique à travers une lentille laser endommagée, jusqu'au niveau du nanomètre - un millionième de millimètre, plus petit que la plupart des bactéries individuelles.
Le laboratoire d'optique de l'ESA utilise une technique puissante pour zoomer sur de minuscules zones, cartographie chacun en quelques secondes.
Le microscope reposant sur un coussin d'air pour l'isoler des vibrations extérieures, la lumière blanche est divisée en deux faisceaux :l'un éclaire la cible tandis que l'autre éclaire un miroir presque parfait. Les faisceaux réfléchis sont alors recombinés. Dans une sorte de « rechercher la différence » high-tech, les moindres différences entre les deux faisceaux sont enregistrées pour constituer l'équivalent des courbes de niveau sur une carte, révélant des écarts par rapport à la forme du miroir de référence.
Plus généralement utilisé par l'industrie des semi-conducteurs commerciaux, son logiciel intégré peut traiter les résultats immédiatement sur son petit champ de vision - moins d'un millimètre carré - ou plusieurs images peuvent être rapidement assemblées dans un panorama.
Le laboratoire d'optique, l'un des laboratoires techniques du centre technique ESTEC de l'Agence à Noordwijk, les Pays-Bas, utilise ce «microscope interférométrique à lumière blanche» pour examiner les optiques délicates à la recherche du moindre signe de dommage après de longues séries de rafales laser.
Contamination induite par laser d'un miroir mesurée et visualisée en 3D à l'échelle nanométrique. La plus grande hauteur caractéristique est d'environ 60 nm et la zone de contamination dans l'image est d'environ 0,15 x 0,12 mm. Cette image montre une contamination induite par laser suspectée sur le revêtement d'une surface de miroir, résultant d'essais à haute puissance dans des conditions spatiales simulées. Les conditions de test reproduisent celles trouvées dans le laser ultraviolet Aladin destiné à la mission Aeolus de l'ESA. Ce satellite unique utilisera la technique lidar – détection et télémétrie lumineuse – pour mesurer pour la première fois la vitesse du vent dans la basse atmosphère à l'échelle mondiale. Crédit :ESA
Les lasers sont des outils polyvalents pour l'espace, utile pour une variété d'instruments tels que les « lidars » de type radar, qui peut détecter l'atmosphère d'une planète en 3D et mesurer avec précision la vitesse du vent dans le monde.
Mais les tirs laser continus peuvent faire fondre et éventuellement fissurer les composants optiques, ou une condensation indésirable provenant d'infimes quantités de gaz résiduels peut s'accumuler sur les surfaces optiques. Les deux peuvent sérieusement affecter les performances et la durée de vie du laser.
L'ESA cherche à comprendre ces effets et à trouver des moyens de les éviter ou de les éliminer, peut-être en réduisant les émissions de « dégazage » ou en évaluant les niveaux d'énergie laser sûrs.
Dommages induits par le laser sur le revêtement d'un miroir de séparation de faisceau de précision. Ce composant est destiné à être utilisé à l'intérieur d'un système laser haute puissance. La plus grande caractéristique sur la gauche mesure 0,14 mm de long sur 0,06 mm de large et environ 5 microns de profondeur. C'est un bon exemple du type d'endommagement d'un revêtement qui peut se produire en raison d'impulsions répétées d'un faisceau laser de haute puissance interagissant avec la surface. Afin d'éviter ce type de dommages, la qualité du revêtement optique, la propreté de la surface et l'environnement laser doivent être totalement exempts de défauts ou de contaminants de quelque nature que ce soit. Les défauts à l'intérieur ou sur la surface du revêtement à un niveau submicroscopique ne sont pas toujours possibles à détecter après la fabrication du revêtement. La seule façon de vérifier est de tester dans des conditions réalistes et de déterminer si des dommages se produisent. Crédit :ESA
Un tir laser dans l'espace doit être totalement fiable pendant toute la durée de vie de sa mission - généralement de nombreuses années - car il ne peut pas être réparé ou entretenu après le lancement. Cela ne peut être garanti que par des tests approfondis sur le terrain.
Ce microscope spécialisé est parfois associé à des techniques d'autres laboratoires ESTEC, comme le microscope à force atomique - qui dessine un stylet nanométrique sur les surfaces pour repérer le motif des atomes individuels - et le spectromètre photoélectronique à rayons X - qui peut identifier la composition et la structure des matériaux de surface à seulement quelques nanomètres de profondeur.
