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Euclid ist eine Mission der European Space Agency (ESA), mit dem Ziel die Geometrie des dunklen Universums abzubilden. Die Mission wird die Beziehung zwischen Distanz und Rotverschiebung und die Entwicklung der kosmischen Strukturen untersuchen. Dies geschieht durch die Vermessung von Formen und Rotverschiebungen von Galaxien und Galaxienhaufen aus toredshifts ~ 2, oder äquivalent zu einem Rückschauzeit von 10 Milliarden Jahren. Es deckt den gesamten Zeitraum, über den dunkle Energie eine bedeutende Rolle bei der Beschleunigung der Ausdehnung des Weltraums spielte. Die Aufgabe des Nah-Infrarot-Spektro- und Photometers (NISP) ist es, die Rotverschiebung der Galaxien zu zumessen. Die Basis für das NISP ist ein Infrarot-Instrument, das die Beobachtung in spaltlosen "Spektroskopie"-Modus unter Zuhilfenahme mehrerer Grisms ermöglicht oder im "Photometrie"-Modus mit mehreren Filtern.
NISP Opto Mechanical Assembly (NI-OMA)
NI-OA-Design
Camera Lens Assembly (CaLA)
Corrector Lens Assembly (CoLA)
Die Korrektur-Linsen-Anordnung ("corrector lens assembly - CoLA") besteht aus der sphärisch-asphärischen Korrektur-Linse L4 (aus Quarzglas) und dem entsprechenden Haltering.
Vibrationstest Phase B1
Abb. 6. CaF2-Linse im Haltering befestigt auf einem Schütteltisch.
Video: Vibrationstest 1
Vibrationstest Phase B2
Video: Vibrationstest 2
Interferometrischer Testaufbau für die Linsenanordnung
Die Justage und Zentrierung der vier Euclid-Linsen wird mittels Interferometrie im Inteferomter Turm durchgeführt. Zur Justage wird ein computer-generiertes Hologramm (CGH) mit mehreren Zonen genutzt, um die gescalten Asphären L11, L21, L31 und L41 zur zentrieren. Das Prinzip des CGH-Designs ist es diffraktive Strukturen in verschiedenen Zonen einzuschreiben. Diese Strukturen generieren mit der einfallenden Welle verschiedene Strahlen, die im 90° Winkel auf die Oberflächen der Linsen treffen (ashärische Fläche bei L21 und L41, sphärische Fläche bei L31 und L11).
Die gescalte Linse wird mit Mikrometerschrauben zentriert und mit Klemmen befestigt.
Optische Charakterisierung eines Multi-Zonen-Hologramms
Abb. 10.1 Skizze des MZ-CGH-Testaufbaus
Bei unterschiedlichen Mess- und Justageaufgaben kommen Computergenerierte Hologramme (CGHs) mit mehreren Zonen (MZ-CGHs) zum Einsatz. Das sind Diffraktive Optische Elemente (DOE) zur Formung fast beliebiger Wellenfronten. Die Abbildung zeigt einen Aufbau zur Messmittel-Fähigkeitsanalyse der eingesetzten CGHs. So wird beispielsweise die Geradheit der durch die Spot-Serie definierten Achse mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich überprüft, die wiederum bei der lateralen Linsenjustage entscheidend ist.
Abb. 10.2: Schematische Darstellung der Zonen eines im Projekt eingesetzten Multi-Zonen-CGHs
Abb. 10.3. Links: Laboraufbau eines MZ-CGHs vor einem Interferometer mit einer Referenz-Sphäre auf einem Präzisions-Luftlager-Lineartisch.
Rechts: Ein mit Weißlicht beleuchtetes MZ-CGH wirkt als Beugungsgitter und zerlegt das Licht in seine Farbanteile.
Abb. 10.4 Spot (Punktbildfunktion) der Zone 3 des MZ-CGHs (siehe Abb. 10.3); logarithmische Falschfarbendarstellung. Links: Simulation, rechts: Messung (Kamerabild). Das komplexe Beugungsmuster entsteht durch die spezielle Form der Apertur-Blende.
Testkryostat für die NISP-Optik
Abb. 11.1. Schnitt durch den Kryostaten mit Strahlengang der Optik
Abb. 11.2. Kryostat (geöffnet, kalte Optik-Montagefläche im Mittelteil)
Abb. 11.3. Kryostat (geschlossen, in vertikaler Konfiguration)Ein mittels flüssigem Stickstoff gekühltes Kryostatsystem mit Fenster soll für interferometrische Tests des optischen Designs der NISP-Optik dienen. Insbesondere sollen Justierzustand und Abbildungsqualität des Linsensystems mit einem Interferometer sowie auch mit Detektoren, die im Infrarotbereich arbeiten, getestet werden.
Für diese Tests wird die Optik bis auf Temperaturen um 100 K (-173 °C) gekühlt. Generell gibt es zwei Konfigurationen bei denen die Messungen durchgeführt werden: Zum einen ein Aufbau bei dem Optik und Detektionseinheit sich innerhalb des Kryostaten befinden (beide gekühlt) und zum anderen ein Konzept, bei dem die Messeinrichtungen außerhalb des Kryostaten liegen. Einflüsse der Gravitation auf die Optikqualität können durch horizontale wie auch vertikale Lage des Kryostaten untersucht werden.
Experimentelle Simulation der Strahlungsbelastung der NISP-Optik
Hochenergetische Bestrahlung kann bekanntermaßen zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften von Materialien führen (wie z.B. Transmissions-verlust). Daher ist es für den Einsatz in Satelliteninstrumenten, die empfindlich auf sehr schwache Transmissionsverluste der Optik reagieren, erforderlich, die Strahlungsresistenz der verwendeten optischen Materialien zu bestimmen.
Der Test mit hochenergetischen Protonen (13 und 60 MeV) am Paul Scherrer Institut (PSI) hatte zum Ziel, Strahlungseffekte an optischen Materialien, welche für den Einsatz im Euclid NISP-Instrument vorgesehen sind, zu untersuchen. Es wurden Messungen durchgeführt, wie die optische Transmission im Wellenlängenbereich von 500 bis 900 nm sowie im nah-infraroten Wellenlängenbereich von 900 nm bis 2030 nm unter dem Einfluss einer vierfach höheren als der erwarteten Gesamtstrahlendosis bei 6 1/4 Jahren Missionsdauer beeinträchtigt wird.