20 Spektrometergitter für ESAKlimamission Sentinel-4 Im Sommer 2025 startete die Europäische Weltraumorganisation ESA den Satelliten MTG-S1 aus der dritten Generation der Meteosat-Serie. Der geostationäre Satellit wird die Genauigkeit der Wettervorhersagen für Europa erheblich verbessern. MTG-S1 führt mehrere wissenschaftliche Instrumente mit, darunter das Copernicus Sentinel-4 Spektrometer. Dieses Instrument erfasst stündlich detaillierte Daten über die dreidimensionale Verteilung von Spurengasen wie Ozon, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid sowie Aerosole in der Atmosphäre Europas. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Spektrometers, das hochpräzise Reflexionsgitter, wurde vom Fraunhofer IOF entwickelt und gefertigt. »Die verwendete Technologie basiert ursprünglich auf Gittern zur Kompression ultrakurzer Laserpulse«, erklärt Dr. Falk Eilenberger, Leiter der Abteilung Mikro- und Nanostrukturierte Optik am Fraunhofer IOF. »Unser Ziel war es, extrem robuste Gitter mit höchster Reflektivität und gleichzeitig hoher Winkeldispersion sowie geringer Polarisationsabhängigkeit zu entwickeln.« Die Herstellung solcher Präzisionsgitter erfolgt in mehreren hochpräzisen Schritten. Zunächst werden verschiedene dielektrische Schichten auf einem Substrat aufgebracht, wobei die oberste Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) besteht. Danach wird mit Elektronenstrahl-Lithografie und reaktivem Ionenätzen die gewünschte Nanostruktur erzeugt. Anschließend erfolgt eine lithografische Beschichtung mit schwarzem Chrom für die Apertur, bevor das Bauteil in seine sechseckige Form geschnitten und auf wenige Mikrometer genau montiert wird. In summer 2025, the European Space Agency ESA launched the MTG-S1 satellite from the third generation of the Meteosat series. The geostationary satellite will significantly improve the accuracy of weather forecasts for Europe. MTG-S1 carries several scientific instruments, including the Copernicus Sentinel-4 spectrometer. This instrument collects detailed data hourly on the three-dimensional distribution of trace gases such as ozone, nitrogen dioxide, and sulfur dioxide as well as aerosols in Europe’s atmosphere. A key component of this spectrometer, the high-precision reflection grating, was developed and manufactured by Fraunhofer IOF. “The technology used was originally based on gratings for compressing ultrashort laser pulses,” explains Dr. Falk Eilenberger, head of the Micro- and Nanostructured Optics department at Fraunhofer IOF. “Our aim was to develop extremely robust gratings with maximum reflectivity and simultaneously high angular dispersion as well as low polarization dependence.” Such gratings are produced in several high-precision steps. First, various dielectric layers are deposited to a substrate. The top layer consists of silicon dioxide (SiO2). The desired nanostructure is then created using electron beam lithography and reactive ion etching. This is followed by lithographic coating with black chromium for the aperture. The component is then cut into its hexagonal shape and assembled with an accuracy of a few micrometers. Spectrometer grating for ESA’s Sentinel-4 climate mission [1] Das nanostrukturierte Gitter für das Copernicus Sentinel-4 Instrument der ESA ist mikrometergenau montiert. / The nanostructured grating for ESA’s Copernicus Sentinel-4 instrument is mounted with micrometer precision.
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