Optical subsystems of metis (multi element telescope for imaging and spectroscopy) on board of the solar orbiter mission

The Lyman- spectral line, at 121.6 nm, is a wavelength of great interest for solar environment exploration and astrophysics. It is an important hydrogen emission line and can give information on the dynamics of heated regions of space like the solar photosphere and corona. Among others, the instrument METIS (Multi Element Telescope for Imaging and Spectroscopy) will be on board the mission Solar Orbiter, an ESA mission in collaboration with NASA, that from the year 2018 will undertake a trip towards the Sun to explore the dynamics of the solar dynamo and its connection with corona and heliosphere. METIS will take images of the corona in the visible range and at Lyman-, studying shape and evolution of the processes expanding from the Sun to the heliosphere. In the CNR-IFN UOS Padova laboratories I employed deposition and characterization facilities to study the characteristics of materials and devices to be used as optical elements at Lyman- wavelength. A morphological characterization was carried on with an atomic force microscope (AFM) and an optical characterization revealed the performances of materials and devices. Variations in performances were related to modications in the experimental conditions and the acquired knowledge was used to optimize the performances of the nal product. Annealing is an approach never fully explored before to increment the optical quality of magnesium uoride thin lms, and consequently the reectivity of VUV optical elements. I conducted a study of the phenomena involved in the process and applied the procedure to the realization of improved mirrors for this spectral region. This work will present all the experimental steps that led to the realization of the nal devices and describe the characteristics of this novel annealing approach.

La linea spettrale Lyman-, a 121.6 nm, è una lunghezza d'onda di grande interesse per l'esplorazione dell'ambiente solare e per l'astrosica. È un'importante linea di emissione dell'idrogeno e può dare informazioni sulle dinamiche di regioni calde dello spazio come la fotosfera solare e la corona. Lo strumento METIS (Multi Element Telescope for Imaging and Spectroscopy) sarà a bordo della missione Solar Orbiter, una missione dell'ESA in collaborazione con la NASA che dal 2018 intraprenderà un viaggio verso il Sole per esplorare le dinamiche della dinamo solare e la sua connessione con la corona e l'eliosfera. METIS acquisirà immagini nel visibile e alla lunghezza d'onda Lyman-, studiando la forma e l'evoluzione dei processi in espansione dal Sole verso l'eliosfera. Nei laboratori del CNR-IFN UOS Padova ho utilizato facility di deposizione e caratterizzazione per studiare le caratteristiche di materiali e dispositivi utilizzabili come elementi ottici per la lunghezza d'onda Lyman-. Grazie ad un microscopio a forza atomica (AFM) è stata realizzata una caratterizzazione di tipo morfologico mentre una caratterizzazione ottica ha rivelato le performance di materiali e dispositivi. Le variazioni di tali performance sono state ricondotte a modiche delle condizioni sperimentali e le conoscenze acquisite sono state utilizzate per ottimizzare le performance del prodotto nito. L'annealing è un aproccio che non è mai stato completamente esplorato e che può aumentare le qualità ottiche dei lm sottili di uoruro di magnesio, e di conseguenza aumentare la riettività degli elementi ottici per il range VUV. Io ho condotto uno studio dei fenomeni coinvolti nel processo e applicato la procedura alla realizzazione di migliori specchi per questa regione spettrale. In questo lavoro sono presentati tutti i passaggi sperimentali che hanno condotto alla realizzazione dei dispositivi ultimati e sono descritte le caratteristiche del nuovo approccio dell'annealing.