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NASA团队研究多个航天应用的超快激光加工

来源:百家号

  发布:johnny

关键词:超快激光器, 飞秒激光

2018-11-07

 超快激光器可以在持续时间内发射仅百万分之一纳秒的光脉冲,这可能会彻底改变NASA技术人员制造和最终组装由不同材料制成的仪器组件的方式。

 

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的光学物理学家团队正在试验一种飞秒激光器,并且已经证明它可以有效地将玻璃焊接到铜,玻璃到玻璃,并用不同的材料钻出毛发大小的针孔。

 

现在由光学物理学家罗伯特拉丰领导的这个小组正在将其研究扩展到更具异国情调的玻璃,如蓝宝石和Zerodur,以及金属,如钛,因瓦合金,可伐合金和铝材 - 这些材料常用于航天仪器。目标是焊接较大的这些材料,并表明激光技术可以有效地将窗户粘附到激光外壳和光学元件以及其他应用中。

在空间技术任务理事会中心创新基金计划的支持下,该小组还在探索该技术在制造和封装光子集成电路中的应用,光子集成电路是一项新兴技术,可以使通信,数据中心和光学传感器等各方面受益。虽然它们类似于电子集成电路,但是光子集成电路是在包括二氧化硅和硅的材料混合物上制造的,并且使用可见光或红外光而不是电子来传输信息。

 

“这开始是纯粹的研究,但现在我们希望开始将我们学到的东西应用到Goddard的乐器制作中,”Lafon说,指的是他和他的团队,包括Frankie Micalizzi和Steve Li正在使用的工作。尝试不同的材料和技术,可以有利于航天应用。“我们已经看到了应用程序的内容。在这种情况下,研究的研究是为了我们的最大利益,“拉丰说。

 

技术的美德

 

 

 

Steve Li(左),Frankie Micalizzi(中)和Robert Lafon(右)正在使用超快激光来粘合不同材料并蚀刻微观通道或波导,光可以通过光子集成电路和激光发射器传播。(图片来源:Bill Hrybyk / NASA)

 

推动这些应用的核心是激光器本身。Lafon说,凭借其短脉冲 - 在一千万亿分之一秒内测量 - 超快激光以独特的方式与材料相互作用。激光能量不会熔化目标材料。它在不加热周围物质的情况下蒸发它。

 

因此,技术人员可以精确地瞄准激光并粘合不同材料,否则在没有环氧树脂的情况下无法附着。“不可能将玻璃与金属直接粘合,”拉丰说。“你必须使用环氧树脂,它会在镜子和其他敏感仪器组件上排出并沉积污染物。这可能是一个严肃的应用程序。我们想摆脱环氧树脂。我们已经开始联系其他团体和代表团,了解这些新功能如何使他们的项目受益。“

 

另一个重要的应用是微机械加工领域。“在不损坏周围物质的情况下去除少量材料的能力使我们能够加工微观特征,”Lafon补充道。

 

 

微观特征包括金属钻孔,头发大小的针孔 - 团队已经证明的应用 - 蚀刻微光通道或波导,光可以通过光子集成电路和激光发射器传播。相同的波导可以使液体流过化学分析和仪器冷却所需的微流体装置和芯片。

 

对NASA项目的广泛适用性

 

“超快激光器为我们的微加工材料提供了根本性的变革,”戈达德战略整合高级技术专家Ted Swanson说。“该团队在这项研究工作上的工作将使Goddard能够将这项新兴技术应用于各种各样的飞行应用。”

 

为此,该团队 - 在NASA的几个备受瞩目的激光通信项目(包括激光通信中继演示)上工作,计划编制一个微加工和焊接功能库。“一旦我们能够可靠地展示这种能力,我们将尝试将其应用于Goddard的现有挑战。我们最初的研究表明,这项技术可以应用于NASA的大量项目,“Lafon说。