En ultrasnabb laser som avfyrar ljuspulser bara 100 miljoner av en nanosekund i längd kan potentiellt revolutionera det sätt som NASA -tekniker tillverkar och i slutändan monterar instrumentkomponenter gjorda av olika material.

Ett team av optiska fysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, experimenterar med en femtosekundlaser och har redan visat att den effektivt kan svetsa glas till koppar, glas till glas, och borra hårstora hål i olika material.

Nu gruppen, ledd av optisk fysiker Robert Lafon, expanderar sin forskning till mer exotiskt glas, såsom safir och Zerodur, och metaller, såsom titan, Invar, Kovar, och aluminium - material som ofta används i rymdflygningsinstrument. Målet är att svetsa större bitar av dessa material och visa att lasertekniken är effektiv för att fästa fönster på laserhus och optik på metallfästen, bland andra applikationer.

Med stöd från Space Technology Mission Directorates Center Innovation Fund -program, gruppen undersöker också teknikens användning vid tillverkning och förpackning av fotoniska integrerade kretsar, en framväxande teknik som kan gynna allt från kommunikation och datacenter till optiska sensorer. Även om de liknar elektroniska integrerade kretsar, fotoniska integrerade kretsar tillverkas på en blandning av material, inklusive kiseldioxid och kisel, och använda synligt eller infrarött ljus, istället för elektroner, för att överföra information.

"Detta började som ren forskning, men nu hoppas vi kunna börja tillämpa det vi lärt oss på tillverkningen av instrument här på Goddard, "Lafon sa, med hänvisning till det arbete han och hans team, inklusive Frankie Micalizzi och Steve Li, använder för att experimentera med olika material och tekniker som kan gynna rymdflygningsapplikationer. "Vi ser redan vad applikationerna kan vara. I det här fallet, forskning för forskningens skull är i vårt bästa, "Sa Lafon.

Teknikens dygder

Centralt för att utveckla dessa applikationer är själva lasern. På grund av sina korta pulser - mätt vid en kvadriljarddel av en sekund - interagerar en ultrasnabb laser med material på ett unikt sätt, Sa Lafon. Laserenergin smälter inte det riktade materialet. Det förångar det utan att värma det omgivande materialet.

Som ett resultat, tekniker kan exakt rikta in lasern och binda olika material som annars inte kunde fästas utan epoxi. "Det är inte möjligt att binda glas direkt till metall, "Sa Lafon." Du måste använda epoxi, som avgaser och avsätter föroreningar på speglar och andra känsliga instrumentkomponenter. Detta kan vara en seriös ansökan. Vi vill bli av med epoxier. Vi har redan börjat nå ut till andra grupper och uppdrag för att se hur dessa nya funktioner kan gynna deras projekt. "

En annan viktig applikation är inom området mikromaskinering. "Möjligheten att ta bort små volymer material utan att skada det omgivande materialet gör att vi kan bearbeta mikroskopiska funktioner, "Tillade Lafon.

Mikroskopiska funktioner inkluderar allt från borrade, hårstora hål i metaller-en applikation som teamet redan visat-för att etsa mikroskopiska kanaler eller vågledare genom vilka ljus kan färdas i fotoniska integrerade kretsar och lasersändare. Samma vågledare kan tillåta vätskor att flöda genom mikrofluidiska enheter och chips som behövs för kemiska analyser och kylning av instrument.

Utbredd tillämpning på NASA -projekt

"Ultrasnabba lasrar erbjuder grundläggande förändringar i hur vi kan mikroprocessera material, "sa Ted Swanson, seniortekniker för strategisk integration på Goddard. "Teamets arbete med denna forskningsinsats kommer att tillåta Goddard att anpassa denna framväxande teknik till en mängd olika flygapplikationer."

För detta ändamål, teamet-mellan att arbeta med flera av NASA:s högprofilerade laserkommunikationsprojekt, inklusive demonstration av laserkommunikationsrelä - planerar att sammanställa ett bibliotek med mikromaskinering och svetsfunktioner. "När vi väl kan visa denna förmåga på ett tillförlitligt sätt, vi kommer att försöka tillämpa det på befintliga utmaningar här på Goddard. Vår första forskning visar att denna teknik kan tillämpas på ett stort antal projekt över NASA, "Sa Lafon.