Paloma López. Reseña

El desarrollo de instrumentación para el ultravioleta lejano (FUV) (100<λ<200 nm) es requerido para la futura generación de instrumentos espaciales, ya que muchas de las líneas espectrales clave para la física de la atmósfera, solar y astrofísica están en este rango. Además, la instrumentación óptica en el rango del ultravioleta lejano también es útil en otros campos, como los láseres de excímero, que operan en 157 y 193 nm, las líneas de láser de peta vatios, la detección de armónicos de alto orden, reactores de fusión nuclear, o incluso la industria de semiconductores, con litografía por debajo de los 200 nm.

Paloma López

El problema de la instrumentación en el ultravioleta lejano es que no es tan sencilla de desarrollar como en otros rangos espectrales. La radiación ultravioleta por debajo de 200 nm se denomina “Ultravioleta de Vacío/VUV” ya, que, el aire absorbe fuertemente esta radiación, así como la mayoría de los materiales.

Esto hace que el diseño y la fabricación de la instrumentación sea mucho más compleja y cara, ya que hay que trabajar en vacío y la cantidad de materiales disponibles es limitada. En su tesis doctoral, Paloma está centrándose en el desarrollo de espejos de banda estrecha para el ultravioleta lejano, esto es, espejos que reflejan mucho -más del 90%- en un rango concreto de longitudes de onda (por ejemplo, de 150 a 170 nm) y muy poco -menos del 10%- fuera de la banda. Este tipo de espejos conformarán uno de los instrumentos (LUMOS) de un futuro observatorio de la NASA, LUVOIR (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor). De hecho, los diseños y fabricación de estos recubrimientos se están llevando a cabo ahora mismo en el laboratorio GOLD (Grupo de Óptica de Láminas Delgadas) [1], donde trabaja Paloma, para ser testeados en un vuelo suborbital, previo a la realización de los espejos de LUMOS.

Los espejos de banda estrecha para el FUV consisten en multicapas formadas por dos materiales que absorban la mínima radiación posible en el FUV y tengan índices de refracción con el mayor contraste posible entre ellos.

Escogiendo que el espesor óptico de cada bicapa sea aproximadamente igual a λ/2, siendo λ la longitud de onda donde queremos centrar la banda, por interferencia constructiva, se consigue reflejar mucho en un rango espectral alrededor de esta λ, y muy poco fuera. Los materiales que mejor funcionan en el FUV son los fluoruros, porque son transparentes hasta unas longitudes de onda bastante bajas (~110 nm). Para llevar a cabo los espejos, estos fluoruros se depositan sobre un sustrato mediante una técnica conocida como evaporación térmica. Esta técnica, que se realiza en vacío, consiste en evaporar los materiales, previamente colocados en estado sólido en cestillas de materiales refractarios, por las que se hace pasar una corriente muy alta, poniendo las cestillas al rojo vivo y haciendo que los materiales se evaporen sobre el sustrato. Tanto la deposición de la multicapa, como la medida de sus propiedades ópticas a posteriori en un reflectrómetro en el FUV, se realizan en salas limpias, que cumplen los requisitos para instrumentación espacial. Entre los fluoruros, Paloma ha estudiado principalmente dos combinaciones de materiales para realizar multicapas: MgF2/LaF3 y AlF3/LaF3, obteniendo espejos que reflejan el 99% en el FUV y mantienen esta reflectancia tras muchos meses [2,3]. Para optimizar el desarrollo de estos espejos, conviene caracterizar, no solo sus propiedades ópticas, sino también sus propiedades mecánicas, como el estrés, y microestructurales, como su rugosidad.

En GOLD se llevan a cabo otro tipo de recubrimientos para el VUV, como espejos de banda ancha, bandas en el EUV, filtros de transmitancia o polarizadores [4,5].

[1] “GOLD-IO-Lab,” https://gold.io.csic.es/.

[2].                P. López-Reyes, B. Perea-Abarca, C. Honrado-Benítez, N. Gutiérrez-Luna, A. Ríos-Fernández, L. V. Rodríguez-de Marcos, and J. I. Larruquert, “Optimization of the deposition parameters of MgF2/LaF3 narrowband reflective FUV multilayers,” Opt. Mat. Express 11(6), 1678-1691 (2021).

[3].                 P. López-Reyes, C. Honrado-Benítez, N. Gutiérrez-Luna, Á. Ríos-Fernández, L. V. Rodríguez-de Marcos, and J. I. Larruquert, «Far-UV reflectance and stress of narrowband AlF3/LaF3 multilayers,» Opt. Mater. Express 12, 489-502 (2022)

[4].                 N. Gutiérrez-Luna, P. López-Reyes, Carlos Honrado-Benítez, L. Espinosa-Yáñez, Á. Ríos-Fernández, L. V. Rodríguez-de Marcos, M. A. Quijada, J. I. Larruquert, “Mirrors for improved FUV space observations,” Proc. SPIE 11444, 1144478, (2020)

[5].                 Juan I. Larruquert, Carlos Honrado-Benítez, Nuria Gutiérrez-Luna, Álvaro Ríos-Fernández, and Paloma López-Reyes, «Far UV-enhanced Al mirrors with a Ti seed film,» Opt. Express 29, 7706-7712 (2021)

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