website is currently under development
NATIONAL METROLOGY INSTITUTE
LaTso Project
Evaluation and Standardization for Laser Damage Resistance of Aerospace Optics
Our project aims to determine and standardize the laser endurance threshold (LHED) of optical components used in systems established for space research at different wavelengths (1064 nm, 532 nm, 355 nm and 266nm).
The LaTSO project aims to observe the behavior of the optical component in space conditions by creating a kind of simulation of space conditions in a laboratory environment. The experimental stages of the LaTSO project are listed below.
-
Determination of LHED under Atmospheric Conditions
-
Determination of LHED under Vacuum Conditions
-
Determining the LHED of thermally conditioned optical components
-
Determination of LHED of optical components aged with UV light
Figure 1. Atmospheric environment LHED test rig established according to ISO 21254 2 Standard
Uzay teknolojilerinde kullanılan optik bileÅŸenlerin, vakum ve mor ötesi (UV) radyasyonu gibi zorlu uzay ortam koÅŸullarına karşı dayanıklılığının testlerle doÄŸrulanabilmesine ihtiyaç vardır. Optik performansın artırılması, vakum ortamında uygulanan kapsamlı test protokolleri ile mümkündür. ​AÅŸağıda detayları verilen UME-LHED vakum sisteminin, 10-7 mbar seviyesinden 10 bar basınç seviyesine kadar çalışabilmesi hedeflenmiÅŸtir. Ayrıca sistem, aynı basınç aralığında çeÅŸitli gazlarla da (Nâ‚‚, Ne, Ar) deneyler yapılabilecek ÅŸekilde tasarlanmıştır.
Vakum Test Sistemi​​​​
Silindirik formda olup çapı 30 cm yükseklik 40 cm olarak planlanmıştır. Tasarımda lazer giriÅŸ ve çıkış portları, kamera ve LED aydınlatma portları planlanmıştır. Kaplamalı giriÅŸ portunun hasar almaması için lazer giriÅŸ portu diÄŸer portlara göre daha uzun olacak ÅŸekilde planlanmıştır. GiriÅŸ portu test koÅŸulları gerektiÄŸinde çıkartılabilmektedir ve yerine bir viewport takılabilmektedir.​
​
Åžekil 2. Vakum kabininin nihai halinin inÅŸası için yapılan katı modelin 3B çizimi
​​​​​​​​
Laboratuvarlar Arası KarşılaÅŸtırma Çalışmaları​​​​
Laboratuvarlar arası ikili karşılaÅŸtırmalar ölçüm uyumunu saÄŸlamak, küresel ölçüm birliÄŸini güvence altına almak ve düzenleyici standartlara izlenebilirliÄŸi temin etmek için etkili bir yöntemdir. Testler, atmosferik koÅŸullar altında 1064, 532 ve 355 nm dalga boylarında gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) tarafından üretilip test edilen aynı üretim serisinden olan optik bileÅŸenler eÅŸit sayıda iki kısma ayrılmış, birinci kısım SIOM’da ikinci kısım ise UME’ye gönderilmiÅŸ ve burada test edilmiÅŸtir. Ayrıca, bazı optik elemanlar 50 mm aktif alan boyutunda kaplanmış ve bunların birinci yarısı SIOM’da, ikinci yarısı ise UME’de test edilmiÅŸtir. UME’de elde edilen sonuçlar deÄŸerlendirilmek üzere SIOM’a iletilmiÅŸtir. Her iki laboratuvar da ISO standartlarına uygun olarak 1-on-1, S-on-1 protokolleri ve Raster Tarama yöntemi ile LHED testlerini gerçekleÅŸtirmiÅŸtir.
LatSO projesi kapsamında hedeflenen vakum aralığında çalışan kabin kurulumu LHED test sistemine entegre edilmiÅŸtir ve proje süreci içerisinde vakum ve atmosfer ortamı testlerinin karşılaÅŸtırılması çalışmaları tamamlanmıştır. UV ışığın, vakum ortamında optikler üzerindeki farklı etkilerinin incelenmesi hedeflendiÄŸinden, ortam koÅŸullarına göre karşılaÅŸtırma testlerinde 355 nm dalgaboyu deneylerine ağırlık verilmiÅŸtir.​
​
Åžekil 3. UME atmosfer LHED düzeneÄŸinden 355 nm S polarizasyonda 6.2 J/cm² Fluence deÄŸerinde elde edilen hasar morfolojilerinin SEM görüntüleri.
Åžekil 4. UME Vakum LHED düzeneÄŸinden 355 nm S polarizasyonda 7.1 J/cm² Fluence deÄŸerinde elde edilen hasar morfolojilerinin SEM görüntüleri.
​
​​UME vakum-LHED düzeneÄŸinde SIOM’un üretmiÅŸ olduÄŸu aynaların LHED testleri yapılmıştır. 45º geliÅŸ açısına (Angle of Incidence, AOI) göre tasarlanmış 355 nm dalgaboyunda yüksek yansıtmaya sahip optiklerin 355 nm dalgaboyunda LHED ölçümleri, vakum ve atmosfer ortamında gercekleÅŸtirilmiÅŸtir. Örnekler SIOM tarafından 50 mm çap ve 6 mm kalınlıkta KaynaÅŸtırılmış Silika alttaşı üzerine 200 ºC sıcaklıkta termal biriktirme yöntemiyle büyütülmüÅŸtür. Çalışmanın amacı 355 nm dalgaboyu lazerin P ve S polarize durumlarının optiklerin vakum ortamı LHED deÄŸerine olan etkisinin araÅŸtırılmasıdır.
​
Åžekil 5. UME'nin atmosfer ve vakum ortamı LHED düzeneklerinden 355 nm S polarize lazer ile elde edilen hasar olasılık grafikleri.
Åžekil 6. UME'nin atmosfer ve vakum ortamı LHED düzeneklerinden 355 nm P polarize lazer ile elde edilen hasar olasılık grafikleri.
Farklı örnek yüzeyi deÄŸiÅŸkenini elimine etmek için karşılaÅŸtırma ölçümleri aynı örnek yüzeyinin farklı kısımlarında gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. Her bir test türünden üç defa ölçüm alınarak tekrarlanabilirlik ölçümleri gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. Åžekil 5 ve Åžekil 6 incelendiÄŸinde hem P polarize hem de S polarize testler için vakum ve atmosfer ortamları arasındaki iliÅŸki görülebilir. Kaplamaların atmosfere kıyasla vakum içerisinde daha düÅŸük LHED’e sahip olduÄŸu durumlar olup Åžekil 3 ve Åžekil 4 üzerinde görülebileceÄŸi üzere morfolojileri arasında büyük farklılıklar mevcuttur. Sonuçlar, ISO 21254 standartlarında belirtilen belirsizlik hesaplamalarıyla uyumlu bulunmuÅŸtur.