211service.com
MEMS til visning af fjerne galakser
Bestræbelser på at kigge dybt ind i det tidlige univers er vigtige for at forstå dets dannelse, men dette kræver indsamling af meget svagt infrarødt lys - hvilket er svært, fordi tættere, lysere objekter overvælder signalerne fra mørkere objekter, der er længere væk. Nu har ingeniører hos NASA designet en meget følsom enhed med 62.000 mikrometer-skala skodder, der gør det muligt for forskere at vælge objekter, de ønsker at studere, og blokere lys fra andre objekter.
En mikrolukkerkonstruktion udviklet af NASA vil være en af de nyeste enheder ombord på James Webb Space Telescope. Det vil sidde oven på et kamera, kaldet Near Infrared Spectrograph. Et af nøgleelementerne, den mørkebrune firkant, er en mikrolukker-array på størrelse med et frimærke. Den rummer mere end 62.000 små skodder, der bruges til at blokere eller tillade lys igennem til selektiv visning af objekter, såsom galakser og stjerner.
Det nye microshutter-system er bestemt til James Webb rumteleskop , planlagt til at erstatte Hubble-rumteleskopet i 2013. Det starter med et stykke specialfremstillet silicium, der inkluderer et 38 x 38 millimeter område af skodder, der sidder oven på et kamera, kaldet Near Infrared Spectrograph, der bygges af European Space Agency (AT).
Forskere vil guide åbningen og lukningen af mikroskodderne ved først at undersøge billeder taget fra et infrarødt kamera ombord på teleskopet, siger Harvey Moseley, mikrolukkerens hovedefterforsker. Forskere, der ser billederne, vil vælge de fjerne objekter, de vil spektrografere. Et computersystem med et digitalt kort vil koordinere åbning og lukning af skodderne. Det er lidt ligesom at køre mod vest ind i solnedgangen, og man trækker visiret ned på sin bil, siger Moseley. Du fjerner meget lys fra dit detektionssystem [synsfelt], og det forbedrer følsomheden markant. Dette er motivationen bag mikroskodderne – eliminerer alt unødvendigt lys.
Mikroskodderne vil give videnskabsmænd mulighed for at kigge længere ud i rummet end nogensinde før ved fuldstændigt at blokere signalerne fra lyse objekter. Målet er at observere disse meget tidlige galakser og få en idé om alle de processer, der tillod disse galaksers dannelse, siger Moseley. Yderligere håber vi at få et bedre billede af, hvordan du kommer fra et rodet univers med små uregelmæssige galakser til de ret store spiralgalakser i nutidens univers.
Indsatsen blev smedet af NASAs Goddard Space Flight Center ved hjælp af mikromekanisk teknologi til fremstilling af mikrolukkerundersystemet. De bittesmå skodder, eller falddøre, var lavet af siliciumnitrid og fastgjort til siliciumwaferen med hængsler, forklarer Murzy Jhabvala, chefingeniør i Goddard Instrument Technology and Systems Division.
Moseleys team designede skodderne til at åbne og lukke som reaktion på et magnetfelt. Forskerne afsatte magnetisk materiale på overfladen af skodderne og placerede en magnet nedenunder for at åbne dem. Ved at fjerne magneten kan skodderne fjederlukkes igen. For at holde dem åbne anvender ingeniører en spænding - en positiv spænding på selve lukkeren og en negativ spænding på bagvæggen. Metalliske lag tjener som elektroder på forsiden og bagsiden af arrayet.
Den positive og negative spænding holder lukkeren åben, og når magneten bevæger sig væk, forbliver lukkeren åben, siger Jhabvala, og så lader vi spændingen gå videre til de skodder, vi gerne vil lukke. På denne måde kan vi specifikt åbne eller lukke en eller hundrede af de skodder, vi ønsker, kendt som random access-adressering.
Microshutters konkurrerer med en alternativ tilgang kaldet mikrospejle. Denne tilgang bruger en række fliser; ved at vippe flisernes spejle afbøjes lyset, siger Jhabvala. Selvom dette er meget god teknologi udviklet til projektions-tv-systemer, er et af vores vigtigste krav fuldstændigt at blokere alt lys. Der kan ikke være nogen lækage, der vil ødelægge signalet. Spejlene afleder kun lyset et andet sted, hvilket giver mulighed for, at lyset kan komme tilbage i systemet. Skodderne blokerer det fuldstændig, siger han.
I de næste seks til ni måneder, før mikroskodderne sendes til ESA, vil ingeniører fortsætte med at finjustere enheden. Men indtil videre har det klaret sig godt; teknologien har vist, at den kan overleve strabadserne ved opsendelse i rummet, og den fungerer fint i den kolde temperatur (-388 °F).
Selvom det er for tidligt at sige, om dette high-end space MEMS nogensinde vil blive kommercialiseret, siger Moseley, at fordelene ved absolut kontrol af lys kan have relevans for medicinsk billedbehandling og andre billedbehandlingsapplikationer. Den kapacitet, som denne teknologi tilbyder, er stor. Hvis mange mennesker kunne få det, ville mange gerne have det. Men for at gøre det nyttigt til andre tekniske billedbehandlingsapplikationer … skal vi være i stand til at skalere disse op til en større størrelse.