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NASA團隊研究多個航天應(yīng)用的超快激光加工

星之球科技 來源:百家號2018-11-06 我要評論(0 )   

超快激光器可以在持續(xù)時間內(nèi)發(fā)射僅百萬分之一納秒的光脈沖,這可能會徹底改變NASA技術(shù)人員制造和最終組裝由不同材料制成的儀器組

 超快激光器可以在持續(xù)時間內(nèi)發(fā)射僅百萬分之一納秒的光脈沖,這可能會徹底改變NASA技術(shù)人員制造和最終組裝由不同材料制成的儀器組件的方式。
 
 
位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的光學(xué)物理學(xué)家團隊正在試驗一種飛秒激光器,并且已經(jīng)證明它可以有效地將玻璃焊接到銅,玻璃到玻璃,并用不同的材料鉆出毛發(fā)大小的針孔。
 
 
現(xiàn)在由光學(xué)物理學(xué)家羅伯特拉豐領(lǐng)導(dǎo)的這個小組正在將其研究擴展到更具異國情調(diào)的玻璃,如藍寶石和Zerodur,以及金屬,如鈦,因瓦合金,可伐合金和鋁材 - 這些材料常用于航天儀器。目標是焊接較大的這些材料,并表明激光技術(shù)可以有效地將窗戶粘附到激光外殼和光學(xué)元件以及其他應(yīng)用中。
 
 
在空間技術(shù)任務(wù)理事會中心創(chuàng)新基金計劃的支持下,該小組還在探索該技術(shù)在制造和封裝光子集成電路中的應(yīng)用,光子集成電路是一項新興技術(shù),可以使通信,數(shù)據(jù)中心和光學(xué)傳感器等各方面受益。雖然它們類似于電子集成電路,但是光子集成電路是在包括二氧化硅和硅的材料混合物上制造的,并且使用可見光或紅外光而不是電子來傳輸信息。
 
 
“這開始是純粹的研究,但現(xiàn)在我們希望開始將我們學(xué)到的東西應(yīng)用到Goddard的樂器制作中,”Lafon說,指的是他和他的團隊,包括Frankie Micalizzi和Steve Li正在使用的工作。嘗試不同的材料和技術(shù),可以有利于航天應(yīng)用。“我們已經(jīng)看到了應(yīng)用程序的內(nèi)容。在這種情況下,研究的研究是為了我們的最大利益,“拉豐說。
 
 
技術(shù)的美德
 
 
 
 
 
Steve Li(左),F(xiàn)rankie Micalizzi(中)和Robert Lafon(右)正在使用超快激光來粘合不同材料并蝕刻微觀通道或波導(dǎo),光可以通過光子集成電路和激光發(fā)射器傳播。(圖片來源:Bill Hrybyk / NASA)
 
 
推動這些應(yīng)用的核心是激光器本身。Lafon說,憑借其短脈沖 - 在一千萬億分之一秒內(nèi)測量 - 超快激光以獨特的方式與材料相互作用。激光能量不會熔化目標材料。它在不加熱周圍物質(zhì)的情況下蒸發(fā)它。
 
 
因此,技術(shù)人員可以精確地瞄準激光并粘合不同材料,否則在沒有環(huán)氧樹脂的情況下無法附著。“不可能將玻璃與金屬直接粘合,”拉豐說。“你必須使用環(huán)氧樹脂,它會在鏡子和其他敏感儀器組件上排出并沉積污染物。這可能是一個嚴肅的應(yīng)用程序。我們想擺脫環(huán)氧樹脂。我們已經(jīng)開始聯(lián)系其他團體和代表團,了解這些新功能如何使他們的項目受益。“
 
 
另一個重要的應(yīng)用是微機械加工領(lǐng)域。“在不損壞周圍物質(zhì)的情況下去除少量材料的能力使我們能夠加工微觀特征,”Lafon補充道。
 
 
 
微觀特征包括金屬鉆孔,頭發(fā)大小的針孔 - 團隊已經(jīng)證明的應(yīng)用 - 蝕刻微光通道或波導(dǎo),光可以通過光子集成電路和激光發(fā)射器傳播。相同的波導(dǎo)可以使液體流過化學(xué)分析和儀器冷卻所需的微流體裝置和芯片。
 
 
對NASA項目的廣泛適用性
 
 
“超快激光器為我們的微加工材料提供了根本性的變革,”戈達德戰(zhàn)略整合高級技術(shù)專家Ted Swanson說。“該團隊在這項研究工作上的工作將使Goddard能夠?qū)⑦@項新興技術(shù)應(yīng)用于各種各樣的飛行應(yīng)用。”
 
 
為此,該團隊 - 在NASA的幾個備受矚目的激光通信項目(包括激光通信中繼演示)上工作,計劃編制一個微加工和焊接功能庫。“一旦我們能夠可靠地展示這種能力,我們將嘗試將其應(yīng)用于Goddard的現(xiàn)有挑戰(zhàn)。我們最初的研究表明,這項技術(shù)可以應(yīng)用于NASA的大量項目,“Lafon說。

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