Componenti ottici negli ambienti spaziali: fabbricazione, caratterizzazione e degrado delle prestazioni

Il lavoro svolto in questo progetto di ricerca riguarda lo sviluppo e l’analisi di tecniche sperimentali atte alla validazione di un metodo affidabile per la qualifica spaziale di componenti ottici. In particolare è stato studiato l’effetto dell’irradiamento di ioni accelerati (principalmente protoni e ioni di He) in coating ottici, considerando energie simili a quelle presenti nel vento solare. Lo scopo principale è stato quello di studiare sperimentalmente l’impatto del vento solare sulle performance ottiche per componenti simili a quelli che possono essere utilizzati in missioni spaziali come ad esempio Solar Orbiter o BepiColombo. Lo studio dei molteplici fattori che influenzano e modificano le performance ottiche è stato eseguito considerando vari tipi di coating ottici, dai single layer ai multistrato. A tale scopo, diverse sessioni di irraggiamento sono state effettuate, in ognuna delle quali sono stati variati i principali parametri chiave che caratterizzano il tipo di irraggiamento, come la dose, il flusso di ioni, il tipo di ione e la sua energia. Ognuno di questi fattori è risultato essere influente nella modifica delle performance ottiche dei dispositivi irraggiati. In particolare, si è osservato che alcuni di questi fattori producono danni comparabili fra loro su alcune tipologie di struttura, mentre su altre lo stesso comportamento non veniva mostrato. Oltre alle analisi delle performance ottiche dei coating irraggiati sono state eseguite numerose indagini strutturali, allo scopo di chiarire quali modifiche a livello microstrutturale possono essere responsabili della modifica delle performance ottiche. Infine, è stato sviluppato un primo modello in grado di prevedere il cambiamento di riflettività prodotto su coating a single layer dall’irraggiamento con ioni. La realizzazione di tutti i coating ottici studiati, la loro caratterizzazione ottica e strutturale prima e dopo l’irraggiamento nonché tutte le simulazioni atte alla preparazione degli esperimenti di irraggiamento sono parte del lavoro svolto in questi tre anni di dottorato. In particolare, le attività di deposizione e caratterizzazione dei film sottili sono state realizzate utilizzando la strumentazione presente nei laboratori del CNR-IFN di Padova, nel dipartimento di fisica e di ingegneria industriale dell’Università degli Studi di Padova, e presso il sincrotrone Elettra di Trieste. Le sessioni di irraggiamento son state effettuate presso l’Ion Beam Center (IBC) dei laboratori Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Germania. In particolare, nell’ultimo anno ho personalmente seguito una sessione di irraggiamento della durata di un mese eseguendo le caratterizzazione ottiche e strutturali in situ.