NASA-teamet undersøger ultrahurtig laserbearbejdning til flere rumflyvningsapplikationer

En ultrahurtig laser, der udløser lyspulser på kun 100 milliontedele af et nanosekund i varighed, kan potentielt revolutionere den måde, NASA -teknikere fremstiller og i sidste ende samler instrumentkomponenter lavet af forskellige materialer.

Et team af optiske fysikere ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, eksperimenterer med en femtosekundlaser og har allerede vist, at den effektivt kan svejse glas til kobber, glas til glas, og bore huller i hårstørrelse i forskellige materialer.

Nu er gruppen, ledet af optisk fysiker Robert Lafon, udvider sin forskning til mere eksotisk glas, såsom safir og Zerodur, og metaller, såsom titanium, Invar, Kovar, og aluminium - materialer, der ofte bruges i rumflyvningsinstrumenter. Målet er at svejse større stykker af disse materialer og vise, at laserteknologien er effektiv til at klæbe vinduer på laserhuse og optik til metalbeslag, blandt andre applikationer.

Med støtte fra Space Technology Mission Directorate's Center Innovation Fund -program, gruppen udforsker også teknologiens anvendelse til fremstilling og pakning af fotoniske integrerede kredsløb, en ny teknologi, der kan gavne alt fra kommunikation og datacentre til optiske sensorer. Selvom de ligner elektroniske integrerede kredsløb, fotoniske integrerede kredsløb fremstilles på en blanding af materialer, herunder silica og silicium, og brug synligt eller infrarødt lys, i stedet for elektroner, at overføre oplysninger.

"Dette startede som ren forskning, men nu håber vi at begynde at anvende det, vi har lært, på fabrikationen af ​​instrumenter her på Goddard, "Sagde Lafon, henviser til det arbejde, han og hans team, inklusive Frankie Micalizzi og Steve Li, bruger til at eksperimentere med forskellige materialer og teknikker, der kunne gavne rumflyvningsapplikationer. "Vi ser allerede, hvad applikationerne kan være. I dette tilfælde, forskning for forskningens skyld er i vores bedste interesse, " sagde Lafon.

Teknologiens dyder

Centralt for at fremme disse applikationer er selve laseren. I kraft af sine korte pulser - målt ved en kvadrilliondel af et sekund - interagerer en ultrahurtig laser med materialer på en unik måde, Sagde Lafon. Laserenergien smelter ikke det målrettede materiale. Det fordamper det uden at opvarme det omgivende stof.

Som resultat, teknikere kan præcist målrette laser og binde forskellige materialer, der ellers ikke kunne fastgøres uden epoxy. "Det er ikke muligt at binde glas til metal direkte, "Sagde Lafon." Du skal bruge epoxy, som udgasser og afsætter forurenende stoffer på spejle og andre følsomme instrumentkomponenter. Dette kan være en seriøs ansøgning. Vi vil af med epoxier. Vi er allerede begyndt at nå ud til andre grupper og missioner for at se, hvordan disse nye muligheder kan gavne deres projekter. "

En anden vigtig anvendelse er inden for mikrobearbejdning. "Evnen til at fjerne små mængder materiale uden at beskadige det omgivende stof giver os mulighed for at bearbejde mikroskopiske funktioner, " tilføjede Lafon.

Mikroskopiske funktioner omfatter alt fra boret, hårstørrelse i huller i metaller-en applikation, teamet allerede demonstrerede-til ætsning af mikroskopiske kanaler eller bølgeledere, gennem hvilke lys kunne bevæge sig i fotoniske integrerede kredsløb og lasersendere. De samme bølgeledere kunne tillade væsker at strømme gennem mikrofluidiske enheder og chips, der er nødvendige til kemiske analyser og instrumentkøling.

Udbredt anvendelse på NASA -projekter

"Ultrahurtige lasere tilbyder grundlæggende ændringer i, hvordan vi kan mikrobearbejde materialer, "sagde Ted Swanson, seniorteknolog for strategisk integration hos Goddard. "Holdets arbejde med denne forskningsindsats vil gøre det muligt for Goddard at tilpasse denne nye teknologi til en bred vifte af flyveapplikationer."

Til det formål, teamet-mellem at arbejde på flere af NASAs højt profilerede laserkommunikationsprojekter, herunder demonstration af laserkommunikationsrelæ - planlægger at udarbejde et bibliotek med mikromaskinering og svejsemuligheder. "Når vi er i stand til at demonstrere denne evne pålideligt, vi vil forsøge at anvende det på eksisterende udfordringer her på Goddard. Vores første forskning viser, at denne teknologi kan anvendes på et stort antal projekter på tværs af NASA, "Sagde Lafon.