當今時代的創新技術是應對社會某些重要挑戰的關鍵，其中許多技術的核心是光學系統。例如半導體光刻系統，用於製造更小、更節能的微晶片，基於衛星的高解析度地球觀測系統，以及引力波探測領域的基礎研究。然而，在光學領域，即使是最微小的缺陷也會導致散射光，從而導致對比度降低和光產率降低。因此，當今的光學系統依賴於優化設計和全面檢查光學元件的整個表面。為了實現這一目標，夫琅和費應用光學和精密工程研究所（IOF）正在開發能夠檢測不需要的散射光的光散射測量技術。
光學表面的表面質量是達到成像質量要求的關鍵。沒有一個表面是完全沒有缺陷的。即使是非常接近理想固體的晶體也會出現缺陷和缺陷。早在光學設計階段就要獲得正確的平衡，這就要求在許多方面有詳細的規範，包括表面上被認為是可接受的不完美點的程度，以及任何必要的塗層和其他因素可能影響這些值的程度。
這些數據可以由夫琅和費IOF研究所提供，它開發了廣泛的光散射測量系統和傳感器以及相應的分析方法和光散射模型。這些工具可以用來塗抹一層虛擬塗層，讓科學家在生產前進行光散射預測。它們也為複雜光學的在線表徵鋪平了道路，換句話說，根據表面的設計和結構數據集對其進行自動化檢測和完整分析。
「這些工具有助於在製造成本和有用效益之間取得最佳平衡。衛星上使用的光學器件就是一個很好的例子。這裡的挑戰是生產同一類型的多個光學器件，例如飛行模型、復位模塊等，同時在生產環境中技術上可行的極限下工作，特別是在短波長應用中。這就是為什麼依賴光散射測量技術提供的可靠和有意義的在線分析是如此重要，」弗勞恩霍夫國際組織特徵小組負責人Marcus Trost說。
光散射測量技術具有明顯的優點
表面缺陷傳統上是通過顯微鏡、幹涉法或觸覺方法來測量的，這些方法包括用金剛石針探測表面。然而，這些技術非常耗時且昂貴。對於光滑的表面，光散射測量系統已經提供了一個嘗試和測試的替代方案，它結合了高靈敏度和快速的非接觸測量。更重要的是，它們不易受到振動的影響，這使得它們成為一個非常強大的選擇。例如，用原子力顯微鏡檢查直徑60釐米的鏡子的整個表面需要40多年的時間，而光散射技術可以在短短幾個小時內完成同樣的工作。
這使得該方法成為滿足日益苛刻的工業和光學元件研究要求的一個很好的選擇。它還可以滿足高功能和質量標準，同時優化成本和生產時間。弗勞恩霍夫國際光學基金會已經滿足了光學系統生產商對光學特性的國際需求，並在德國的「光谷」（optics Valley）建立了一個堅實的專業網絡，這是傑納地區的一個高科技公司集群。
衛星任務已經受益
弗勞恩霍夫國際光學組織已經為製造和優化許多衛星光學器件貢獻了專業知識，包括德國航空航天中心的環境測繪和分析計劃（EnMAP）。從今年開始，這個項目的目標是彙編有史以來獲得的關於地球表面生態系統的最詳細的光譜解析信息。弗勞恩霍夫IOF研究所的技術也被應用到多光譜地球觀測應用中，這些應用構成了歐洲航天局哨兵計劃的一部分。歐空局今年還將向太空發射一臺新望遠鏡：歐幾裡德太空望遠鏡將對宇宙最遠的區域進行新的觀測，為對暗物質和暗能量的新洞察鋪平道路。
準備投入生產
與傳統的測量技術不同，這種方法對振動不敏感，因此更容易融入生產過程。超精密金剛石車削機中緊湊型光散射傳感器的集成就是很好的一個例子，該工具機是專門為快速靈活地表徵粗糙度和缺陷而開發的。這使得表面粗糙度的表徵可以在製造過程中連續進行，甚至可以根據需要修改工藝參數。
夫琅和費IOF研究所的測量系統也符合夫琅和費燈塔項目「以優化利用率（SWAP）為生產架構的分層群」的標準。該項目旨在確定新的技術概念，以塑造未來的生產。它的重點是從傳統的工件加工——這一個確定的過程序列向更協作和（半）自主生產進行轉變。
來源：https://phys.org/news/2020-06-optics.html