EINTEL/SPACE-ECHO - Optics Development for Einstein Telescope in the ET-LF cryogenic environment

Probleemstelling 

Bestaande spiegels voor interferometers werken op omgevingstemperatuur. De Einstein Telescope zal spiegels krijgen die moeten werken bij cryogene temperaturen. Om de brede laserstraal te ondersteunen moeten de spiegels een diameter krijgen van ±50 cm zodat het diffractieverlies aan de buitenkant van de spiegel minimaal blijft. Om de optische druk van de lasers de spiegels zo weinig mogelijk te doen bewegen worden de spiegels 60cm dik gemaakt, wat leidt tot een gewicht van ±200 kg. Sommige spiegels moeten concaaf gepolijst worden met een brandpuntsafstand van 5 km, zodat het laserlicht telkens terug gecentreerd wordt. Dit nieuwe optische ontwerp vereist nieuwe materiaalsoorten en productietechnieken. 

Doelstelling 

• Bereiken van de beste productiemethode voor de gekoelde Silicium hoofdspiegels van de Einstein Telescope:  
• Silicium materiaal recept  
• Snij & polijst behandelingen met als doel het maximaliseren van de reflectiviteit in Siliciummateriaal tot 99,999% .
   

Metrologie meetopstellingen: 

• Objecten van groter formaat minimaal 50x50cm 
• Meten van ruwheid <0,1 nm, vlakheid <2 nm en defecten 
• Meten van oppervlakte- en bulkadsorptie door laserlicht op 1ppm/cm 
• Verbindingstechnieken om grotere Silicium spiegels samen te kunnen stellen. 

Beschrijving van de innovatie(s) 

Er worden meerdere interferometrische tests uitgevoerd op Silicium materiaalmonsters van 2,5x2,5 cm - 3 cm diepte. Hoogwaardige magnetisch gezuiverde Czochralski siliciummonsters zullen gesneden worden uit ingots met een diameter van 300 mm. Verdere bewerkingen omvatten CNC verspanen, snijden en voorpolijsten (SPDT en laserondersteunde SPDT), verschillende polijsttechnieken (IBF, MRF en natetsen) om een vlakheid < 2 nm en oppervlakteruwheid Ra < 0,1 nm te bereiken. Verschillende metrologiestappen (PCI fotothermische common-path interferometer, AFM Atomic Force Microscopy, WLI White-Light Interference Microscopy en Cavity Ring Down methode) worden ingezet om de bulkabsorptie voor 1550 nm laserlicht en de reflectie van hoog reflecterende gecoate oppervlakken te meten met een onzekerheid van 1 ppm/cm. Herleidbare kalibraties worden gebruikt om de ruwheidswaarden van verschillende processtappen te kunnen vergelijken. Tussen de stappen in worden de monsters verpakt en getransporteerd.