Confiabilidad de cristales líquidos en fotónica espacial

Extracto: Los dispositivos pasivos de cristal líquido (LC) se están convirtiendo en una alternativa interesante para la fabricación de dispositivos fotónicos en aplicaciones espaciales. Estos dispositivos presentan una serie de ventajas en este entorno, la falta de piezas móviles y de productos electrónicos expuestos se encuentran entre los más destacados. Sin embargo, el material LC en sí mismo debe demostrar su resistencia en las duras condiciones de las misiones espaciales, incluido el lanzamiento y, tal vez, el aterrizaje. En este documento, presentamos las pruebas ambientales de un dispositivo LC para aplicaciones espaciales. Se fabricaron, caracterizaron y probaron varios dispositivos de dirección de haz basados ​​en LC en una serie de ensayos destructivos y no destructivos definidos por la Agencia Espacial Europea (ESA). El objetivo fue evaluar el comportamiento y la posible degradación de la respuesta LC en entornos espaciales simulados..

La fabricación y prueba de dispositivos se realizó dentro de un proyecto financiado por la ESA, cuyo objetivo fue el diseño, fabricación y caracterización de elementos ópticos adaptativos, así como la ejecución de pruebas de calificación en los dispositivos en condiciones simuladas en el espacio.

Introducción

Cristal líquido (LC): los dispositivos se usan cada vez más en aplicaciones que no son de visualización para fabricar dispositivos pequeños de bajo costo y bajo peso que pueden ser accionados por dispositivos electrónicos de baja tensión. Evitar el uso de partes móviles o elementos mecánicos es particularmente deseable en ciertas circunstancias, por ejemplo, aplicaciones espaciales [1] – [4]. Los dispositivos fotónicos sin pantalla basados ​​en LC pueden ser modulación de fase o dispositivos de amplificación de modulación [5]. Una serie de dispositivos fotónicos LC induce retrasos de fase entre diferentes posiciones del frente de onda que resultan en moduladores espaciales de luz (SLM) [6], [7]. Los SLM se han utilizado en muchos escenarios, por ejemplo, filtros espaciales, hologramas [8], compensadores de trayectoria de luz, lentes sintonizables [9] o direccionadores de haz [10], [11].

Los filtros y hologramas espaciales de LC comerciales y experimentales se basan principalmente en microdispositivos de transistor de película delgada activo (TFT) o en microdisplay de alta densidad en paneles posteriores de silicio, también conocidos como pantallas de cristal líquido en silicio (LCoS). Lentes y viradores, por otro lado, vol. 7, No. 4, agosto de 2015 6900909 IEEE Photonics Journal Confiabilidad de las LC en Space Photonics se puede fabricar en una variedad de estilos diferentes, incluidas las soluciones de monopíxeles y accionadas por pasivo. El comportamiento de tales dispositivos depende de las superficies conductoras, las condiciones de alineación y el material LC; por lo tanto, hay una gran cantidad de variables disponibles para ajustar estos dispositivos a aplicaciones específicas [12] – [14].

En este trabajo

Presentamos los resultados obtenidos en el contexto del Elemento Adaptativo Optoelectrónico Programable financiado por la ESA (AO / 1-5476 / 07 / NL / EM). El dispositivo de dirección de haz ESA-POE es una rejilla de encendido sintonizable basada en cristal líquido para aplicaciones espaciales, es decir, un SLM 1D. Un rayo láser puede orientarse en ciertos ángulos, paso a paso, dependiendo del período de rejilla. El objetivo principal del trabajo fue determinar la idoneidad de los dispositivos fotónicos LC para dispositivos fotónicos espaciales.

La calificación se realiza mediante la realización de varias pruebas destructivas y no destructivas definidas por la ESA. El proceso de fabricación del dispositivo se realizó teniendo en cuenta las condiciones y el entorno al que debe someterse el dispositivo en una misión espacial: variaciones extremas de temperatura, variación de presión, vibraciones y radiación ionizante de alta energía. Por lo tanto, las estructuras electrónicas de alta densidad, como los transistores de película delgada o la tecnología LCoS, se evitaron en el área activa. En cambio, el direccionamiento de píxeles se realiza utilizando óxido pasivo transparente de indio y estaño (ITO) revestido sobre placas de vidrio, controladas por dispositivos electrónicos situados a un lado del área activa. Al hacerlo, solo las pistas ITO, el LC y el sustrato de soporte estarán expuestos a radiación externa. Los componentes electrónicos restantes se pueden blindar fácilmente y el daño del sistema inducido por la radiación se alivia en gran medida.

Autores: Eva Otón, Javier Pérez, Demetrio López, Xabier Quintana, José M. Otón, and Morten A. Geday CEMDATIC, ETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Spain
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