Lo studente di dottorato Jacob Reimers è raffigurato con un prototipo di spettrometro che ha progettato in tre anni utilizzando l'ottica a forma libera nel laboratorio di Brian J. Thompson, professore di ingegneria ottica, Jannick Rolland. Con l'ottica a forma libera, controllo numerico computerizzato e nuove tecnologie di tornitura al diamante, è ora possibile fare a meno del convenzionale, specchi e lenti a rotazione simmetrica, e progettare superfici ottiche più complesse in grado di correggere le aberrazioni che limitano il campo visivo e la risoluzione, con conseguente dispositivi ottici che richiedono meno, lenti e specchi più piccoli e più efficaci di quelli tradizionali. Credito:Università di Rochester
In un recente articolo su Light:Science &Applications, I ricercatori dell'Università di Rochester Jannick Rolland e Jacob Reimers descrivono un dispositivo ottico con potenziali applicazioni che vanno dal miglioramento delle immagini satellitari e diagnostiche alla corrispondenza più precisa del colore della vernice su una parete del soggiorno.
Il dispositivo è un tipo di spettrometro, uno strumento ottico che prende la luce e la scompone in componenti per rivelare un catalogo di informazioni su un oggetto.
A differenza degli spettrometri tradizionali, però, questo è progettato utilizzando un'ottica a forma libera, un progresso relativamente recente che sconvolge più di un secolo di progettazione ottica.
Da più di 125 anni, il design ottico era vincolato all'uso di simmetria rotazionale, spesso superfici perfettamente sferiche poste in tubi tondi, ad esempio fotocamere reflex e obiettivi per microscopi. Ogni elemento dell'obiettivo in un tale design può contribuire fino a 15 aberrazioni che limitano il campo visivo e la risoluzione.
L'avvento del controllo numerico computerizzato e della nuova tecnologia di tornitura del diamante ha reso sia fattibile che economico progettare e fabbricare molto più complicato, superfici ottiche a forma libera che fanno a meno della simmetria rotazionale. Il design a forma libera consente a un dispositivo di correggere in modo efficiente le aberrazioni con meno, lenti e specchi più piccoli. Il risultato, dicono i ricercatori, saranno sensori, display mobili, e una miriade di altri dispositivi che non sono solo di dimensioni più piccole, più leggero di peso, e meno costosi, ma anche migliori di quelli contenenti lenti e specchi tradizionali.
Reimer, uno studente di dottorato e l'autore principale, e Rolland, il professore di ingegneria ottica Brian J. Thompson e relatore di tesi di Reimers, descrivere uno spettrometro utilizzando tre specchi di superficie a forma libera. Caratteristiche:
"Gli spettrometri monitorano l'ambiente, aiutare a esaminare i pazienti, e sono ampiamente utilizzati per molte altre applicazioni. Quello che abbiamo trovato qui può essere applicato agli spettrometri utilizzati in tutte queste altre applicazioni, " dice Rolland. "Questo è il potere dell'ottica a forma libera."
Il progetto è finanziato dal Centro di Ateneo per l'ottica a forma libera (CeFO), un'iniziativa collaborativa finanziata dalla National Science Foundation e diretta da Rolland, che coinvolge anche l'Università della Carolina del Nord a Charlotte e diversi partner del settore le cui quote associative finanziano la ricerca. L'obiettivo del centro è promuovere progetti precompetitivi che portano l'ottica a forma libera dal laboratorio alle applicazioni industriali.
Lo spettrometro descritto dai due ricercatori si basa sulla geometria Offner-Chrisp, ampiamente utilizzato dall'industria ottica per correggere le aberrazioni create da superfici più convenzionali.
"Partendo da un capito, la geometria ben corretta era importante, perché siamo stati in grado di mostrare come possiamo renderlo ancora migliore utilizzando l'ottica a forma libera, " afferma Reimers. "Si tratta di una geometria approvata da molti dei nostri partner del settore CeFO".
Il documento si concentra sulla scienza alla base della progettazione di uno spettrometro a forma libera. Un altro articolo pubblicato a giugno su Optics Express, un giornale della società ottica, focalizzato sulla fabbricazione e il collaudo del reticolo convesso. Due documenti futuri, coautore di ricercatori di Rochester e UNC-Charlotte, descriverà la fabbricazione degli specchi, nonché la fabbricazione e l'assemblaggio del prototipo completo.
"La cosa bella di ciò che Jacob ha fatto è non solo inventare un progetto, ma per mostrare la scienza dietro di esso, e perché è meglio, "dice Rolland.
