Presentación de Senslogic y WaveMe: acortando distancias entre el diseño óptico y la realidad

Esta charla técnica trata sobre Senslogic y la filosofía que hay detrás. Después de más de dos décadas en el mundo de la óptica, hay algo que llama la atención, y es que existe una desconexión entre la teoría y la práctica. Quizá el chiste de que "en teoría funciona" tenga algún mérito. Evidentemente, no es así en todas partes, pero sí con bastante frecuencia.

Disponemos de herramientas de diseño con una buena capacidad de predicción, la teoría de la difracción funciona, pero con demasiada frecuencia se queda ahí, y el sistema se alinea utilizando aperturas pequeñas y tarjetas de visita. Una vez que todos los elementos están en su sitio, el sistema ve la "primera luz" y comienza la lenta marcha hacia el rendimiento esperado, o más bien debería decir "deseado", porque cuando las herramientas son aperturas milimétricas y tarjetas de visita, alcanzar el rendimiento objetivo se convierte en algo totalmente inesperado. De ahí que lo que sigue sea, si nos permitimos un eufemismo, retocar.

Suficientes retoques

¿Por qué retocamos? Bueno, obviamente porque queremos un resultado diferente. A veces incluso retocamos porque la perfección está fuera de nuestro alcance y nos vemos obligados a elegir el menor de dos males. Pero si hay un momento y un lugar para retocar, ese momento es durante la fase de diseño. Si no podemos tenerlo todo, es aquí donde debemos tomar la decisión. No en la planta de producción, no por alguien sin la información necesaria para tomar esa decisión, y menos después de haber invertido todos esos recursos en llegar a esa fase del producto.

Como ya se ha dicho, el poder de predicción de las herramientas de que disponemos es realmente bueno. Realmente no hay excusa para desconocer cómo funciona un sistema óptico. Cuando sea necesario, debemos incorporar técnicas como el muestreo de Montecarlo o de hipercubos latinos para obtener una visión completa de todas las variables que afectan al rendimiento del sistema. Estas técnicas nos permiten abarcar un conjunto mucho mayor de variables, lo que garantiza que las decisiones de diseño se basen en datos y no en suposiciones.

Cuando se trata de hacer ajustes, es aquí donde realmente hay que hacerlo. Es en esta fase -en la que todas las variables son visibles y se pueden hacer compensaciones basadas en datos- cuando deben hacerse los ajustes.

Construir el diseño diseñando el proceso de montaje

Permítanme una breve introducción al contexto. El tenis tiene un curioso sistema de puntuación, basado en la idea de un reloj y en un círculo completo. En esta charla técnica, estamos en el '30', bien encaminados, pero aún no en el punto de partido. Sin embargo, es un punto muy importante.

Cada componente de un sistema óptico comienza como un elemento discreto, esperando encontrar su lugar preciso dentro del ensamblaje final, y si somos responsables de encontrarlo, necesitamos herramientas. WaveMe Toolbox, diseñada específicamente para garantizar la precisión en la construcción de sistemas ópticos con elementos discretos.

BeamNotes

La más sencilla de las herramientas que ofrece WaveMe es BeamNotes. Sin embargo, es probablemente la que mejor capta el espíritu de esta charla técnica. Las mediciones que proporciona no son sencillas, sino deliberadamente directas, y se centran en una medición básica del centroide mejorada con unas cuantas herramientas clave para recordar posiciones, detectar fácilmente que el centrado se ajusta a las tolerancias y pasar notas entre los equipos de diseño y montaje.

BeamNotes nos ayuda a conseguir una alineación óptica precisa a lo largo de un rayo láser, incluso cuando la configuración mecánica no es la ideal. Es un elemento crucial en el flujo de trabajo de montaje, ya que permite una comunicación fluida y una alineación precisa para garantizar que se dispone de la información adecuada exactamente cuando se necesita.

Shack-Hartmann

Lo entiendo, la herramienta BeamNotes no es impresionante. Sin embargo, la herramienta Shack-Hartmann sí lo es. Puede que ya utilices un sensor SHS (Shack-Hartmann Sensor). ¿Cuánto tiempo se tarda en obtener un resultado? ¿Tiene que alinear el sensor? Alinear un sensor dentro de un sistema que todavía se está ajustando crea un dilema: ¿cómo puede alinear una parte de la configuración mientras otras partes todavía se están moviendo? La caja de herramientas Shack-Hartmann de WaveMe evita elegantemente este problema con su calibración de referencia sintética.

¿Su sensor requiere que defina regiones para los puntos? La mayoría de las herramientas existentes son demasiado complejas para un trabajo práctico de montaje. El tiempo necesario para obtener un único resultado es de un minuto o más. Personalmente, esto me parece inaceptable. Con la caja de herramientas Shack-Hartmann de WaveMe, realizar una medición de frente de onda es tan rápido como seleccionar la herramienta en el menú; a menudo, es sólo cuestión de encender el programa. Si tuviera el descaro de Amazon, lo llamaría "medición en 1 clic". Pero como hay que seleccionar la herramienta y activarla, llamémosla '2 clics a la perfección'. Eso es todo, no hay nada más que hacer, y no debería haberlo. No hay regiones de interés ni ajustes de exposición. Todo automatizado. Puedes leer sobre ello en el charla técnica sobre calibración. Es muy bonito.

Interferometría de cambio de fase

El centrado y la colimación de elementos son cruciales en el montaje óptico, pero los sistemas ópticos son más complejos que eso. Las monturas pueden apretar las lentes, los revestimientos o la mecánica pueden doblar los espejos y las lentes pueden insertarse en la dirección equivocada. Suele ocurrir. Antes he intentado hacer una analogía con un partido de tenis y la metáfora del reloj. Empezamos con modelos, encontramos los requisitos y diseñamos la óptica. Trazamos una estrategia de montaje y proporcionamos las herramientas. Pero como esto es óptica, y a pesar de nuestros mejores esfuerzos hay un paso final que dar, un no hay excusas, no hay si o peros. Sólo un puro - esto es lo que es. Esta es la nota final de nuestros esfuerzos.

¿Concuerdan los resultados con los modelos? ¿Las instrucciones de montaje nos dan siempre el mismo sistema, independientemente de quién las construya? Un interferómetro de desplazamiento de fase nos dará la respuesta. El interferómetro de desplazamiento de fase de WaveMe no sólo es preciso, sino también rápido. Con un Cámara USB3 y un actuador rápido, 15 frentes de onda por segundo es totalmente posible. También es bastante versátil, ya que supone que el usuario puede querer alterar de algún modo el sistema sometido a prueba, como un OMEMS o un espejo deformable. Para alcanzar velocidades limitadas únicamente por la interfaz de transporte de la cámara, la herramienta de cambio de fase tiene que transitar entre estados síncronos y asíncronos, de modo que las distintas partes físicas puedan moverse cuando el interferómetro no necesite que estén en algún estado fijo.

A interferómetro de difracción puntual es casi siempre una herramienta a medida, pero no es difícil de construir. Para los sistemas de imagen de gama alta, como la litografía, siempre te dirá lo que necesitas saber.

Círculo completo y bonificación

Ahora hemos cerrado el círculo. Tenemos los resultados para retroalimentar nuestros modelos o la forma en que ensamblamos nuestros sistemas. Imaginemos haber hecho esto un par de veces, haber afinado el proceso, haber aprendido de los errores. Tras unas cuantas vueltas a esta rueda, ganaremos la suficiente confianza como para que, ya después del proceso de modelado, sepamos el producto que tendremos dentro de dos o tres años. El valor en esto puede variar, pero esto es lo que proporciona el proceso de aprendizaje, pero hasta que no tengamos las herramientas para ello, este bucle no podrá cerrarse. En la analogía del tenis, nuestro partido ha terminado, pero hasta que no ganemos el partido, queda el siguiente y si no llevamos las experiencias del último partido al siguiente, es probable que repitamos los errores que cometimos entonces, y nuestro oponente nos lo agradecerá. No nos simplifiquemos la vida para la competición.

Algunos trabajos antes de cerrar esta charla técnica. El campo de la óptica es enorme. Es difícil proporcionar una herramienta para todo, pero WaveMe es una herramienta flexible. El programa en sí no es mucho más que un pipeline, un compositor y una interfaz de módulos. Los módulos traen su propia interfaz de usuario y pueden interactuar con otros módulos (o herramientas). El pipeline y la interfaz de módulos son una API abierta. Si una herramienta no hace exactamente lo que te gusta, no es difícil añadir una al pipeline para obtener el resultado que buscas. Cualquiera puede escribir un módulo WaveMe e interactuar con los mensajes en el pipeline, y para agilizar este proceso, WaveMe viene con plantillas de código abierto que se pueden copiar y ampliar de cualquier manera imaginable. De hecho, así es como se desarrollaron en su día todas las herramientas disponibles en la actualidad.