Questo talk tecnico riguarda Senslogic e la filosofia alla base di questa azienda. Dopo oltre due decenni nel settore dell’ottica, emerge una constatazione: esiste un divario tra teoria e pratica. Forse la battuta che dice “funziona in teoria” ha un certo fondamento. Ovviamente, questo non è sempre vero, ma capita abbastanza spesso.

Abbiamo strumenti di progettazione con buone capacità di previsione; la teoria della diffrazione funziona, ma troppo spesso si limita a questo e il sistema viene allineato tramite aperture piccole e biglietti da visita. Una volta che tutti gli elementi sono pronti, il sistema raggiunge la “prima luce” e inizia il lento cammino verso il raggiungimento delle prestazioni previste, o dovrei dire “desiderate”, perché quando gli aperture di dimensioni millimetriche e i biglietti da visita sono i vostri strumenti, raggiungere prestazioni ottimali diventa completamente imprevedibile. Di conseguenza, ciò che segue è, se ci permettiamo un eufemismo, un processo di tweaking.

Basta di modifiche

Perché modifiche? Beh, ovviamente perché vogliamo un risultato diverso. A volte modifiche anche perché la perfezione è fuori portata e ci ritroviamo costretti a scegliere quello che è peggio dei due nemici. Ma se c’è un momento e un luogo per apportare modifiche, quello è nella fase di progettazione. Se non possiamo avere tutto, allora è qui che dovremmo fare la scelta. Non sul fronte della produzione, non da qualcuno che non abbia le informazioni necessarie per prendere quella decisione, soprattutto non dopo aver investito tutti quei mezzi per raggiungere quel punto del prodotto.

Come accennato in precedenza, il potere predittivo degli strumenti a nostra disposizione è davvero elevato. Non c’è davvero alcuna scusa per non conoscere il funzionamento di un sistema ottico. Quando necessario, è opportuno integrare tecniche come il Monte Carlo o il Latin Hypercube Sampling per ottenere una visione completa di tutte le variabili che influenzano le prestazioni del sistema. Queste tecniche consentono di comprendere un insieme molto più ampio di variabili, garantendo che le decisioni progettuali siano guidate dai dati anziché dalle ipotesi.

Quando si parla di ottimizzazione, questo è il punto in cui essa ha davvero il suo posto. È in questa fase — dove tutte le variabili sono visibili e sono possibili compromessi basati sui dati — che l’ottimizzazione dovrebbe avvenire.

Costruire il design progettando il processo di assemblaggio

Perché non vi concediamo un breve riassunto per facilitare la comprensione. Il tennis ha un sistema di punteggio curioso, che nasce dall’idea di un orologio e che ritorna al punto di partenza. In questo discorso tecnico siamo al ‘30’ – siamo già molto vicini, ma non siamo ancora al punto di gioco. Tuttavia, è un punto importante.

Ogni componente di un sistema ottico inizia come un elemento singolo, in attesa di trovare il suo posto preciso nell’assemblaggio finale. Se siamo responsabili della sua individuazione, abbiamo bisogno di strumenti. Entra nel WaveMe Toolbox, progettato specificamente per garantire precisione nella costruzione di sistemi ottici con elementi discreti.

BeamNotes

La soluzione più semplice tra quelle proposte da WaveMe è BeamNotes. Tuttavia, è probabilmente quella che meglio rispecchia lo spirito di questo intervento tecnico. La misura fornita non è semplice: è volutamente semplice, concentrandosi su una misura del centro di massa di base, arricchita da alcuni strumenti fondamentali per ricordare le posizioni, individuare facilmente che il centratura è conforme alle tolleranze e comunicare le note tra i team di progettazione e quello di montaggio.

BeamNotes ci aiuta a raggiungere un allineamento ottico preciso lungo un fascio laser, anche quando la configurazione meccanica non è ottimale. È un elemento cruciale nel flusso di lavoro di assemblaggio, consentendo una comunicazione fluida e un allineamento preciso per garantire che le informazioni giuste siano disponibili esattamente quando sono necessarie.

Shack-Hartmann

Capisco che lo strumento BeamNotes non sia molto impressionante. Tuttavia, quello di Shack-Hartmann lo è. Forse già utilizzi un SHS (Shack-Hartmann Sensor). Quanto tempo ci vuole per ottenere un risultato? È necessario allineare il sensore? Allineare un sensore all’interno di un sistema che è ancora in fase di regolazione crea un Catch-22: come è possibile allineare una parte dell’impianto mentre altre parti continuano a muoversi? L’outfit di strumenti di Shack-Hartmann in WaveMe aggira elegantemente questo problema grazie alla calibrazione di riferimento sintetica.

Il vostro sensore richiede di definire delle regioni per i punti? La maggior parte degli strumenti disponibili è troppo complessa per un lavoro di montaggio pratico. Il tempo necessario per ottenere un singolo risultato è nell’intervallo di un minuto o più. Personalmente trovo questo inaccettabile. Con la toolbox di WaveMe, effettuare una misurazione del fronte d’onda è altrettanto veloce quanto selezionare lo strumento dal menu: spesso, è solo una questione di attivare il programma. Se avessi la chutzpa di Amazon, lo chiamerei ‘misurazione in un solo clic’. Ma poiché bisogna selezionare lo strumento e attivarlo, chiamiamolo ‘2 clic per la perfezione’. Basta così, non c’è più nulla da fare e non dovrebbe esserci. Nessune regioni di interesse o impostazioni di esposizione. Tutto automatizzato. Potete leggerne di più nel Discorsi tecnici sulla calibrazione. È davvero bello.

Interferometria a fase variabile

Il centramento e la collimazione degli elementi sono fondamentali nell’assemblaggio ottico, ma i sistemi ottici sono più complessi di quanto possa sembrare. Le lenti possono essere deformate dai montaggi, gli specchi piegati dai rivestimenti o dalla meccanica e le lenti possono essere inserite nella direzione sbagliata. Capita. In precedenza ho cercato di fare l’analogia con un gioco di tennis e la metafora del tempo, e questo è il processo che riporta al punto di partenza. Abbiamo iniziato con i modelli, abbiamo identificato i requisiti e abbiamo progettato l’ottica. Abbiamo definito una strategia per l’assemblaggio e abbiamo fornito gli strumenti. Ma poiché si tratta di ottica, nonostante i nostri migliori sforzi, c’è un passaggio finale da compiere: niente scuse, niente se e niente ma. Solo la pura essenza: questo è il risultato finale dei nostri sforzi.

I risultati sono in linea con i modelli? Le istruzioni di montaggio ci forniscono sempre lo stesso sistema, indipendentemente da chi li costruisce. Un interferometro a fase variabile ci fornirà la risposta. L’interferometro a fase variabile di WaveMe non solo è accurato, ma anche veloce. Grazie a Fotocamera USB3 e un attuatore veloce, 15 onde di luce per secondo è completamente possibile. Inoltre è molto versatile poiché presuppone che l’utente possa voler alterare il sistema da testare in qualche modo, come ad esempio un OMEMS o uno specchio deformabile. Per raggiungere velocità limitate solo dall’interfaccia di trasporto della fotocamera, lo strumento di fase-shift deve passare da uno stato sincrono a uno asincrono affinché le diverse parti fisiche possano muoversi quando l’interferometro non ha bisogno di essere in uno stato fisso.

A Interferometro a puntini è quasi sempre uno strumento personalizzato, ma non è difficile da realizzare. Per i sistemi di imaging di alto livello, come la litografia, Ti dirà sempre ciò di cui hai bisogno di sapere.

Full Circle & Bonus

Ora siamo tornati al punto di partenza. Abbiamo i risultati da riportare ai nostri modelli o da utilizzare per configurare i nostri sistemi. Immaginate di aver fatto questo un paio di volte, di aver ottimizzato il processo e di aver imparato dai propri errori. Dopo qualche giro di questo processo, acquisiremo abbastanza fiducia da sapere già dopo la fase di modellazione che il prodotto che avremo sarà disponibile tra due o tre anni. Il valore di ciò può variare, ma questo è ciò che offre il processo di apprendimento; finché non avremo gli strumenti necessari, questo ciclo non potrà essere chiuso. Nell’analogia del tennis, il nostro gioco è fatto, ma finché non si vince la partita c’è la prossima partita e se non portiamo con noi le esperienze della partita precedente, è probabile che ripetiamo gli stessi errori e il nostro avversario ci ringrazierà per ciò. Non facciamo la vita troppo semplice alla concorrenza.

Ci saranno alcuni lavori prima di concludere questo discorso tecnico. Il campo dell’ottica è vasto. È difficile fornire un’unica soluzione per tutto, ma WaveMe è uno strumento flessibile. Il programma stesso non è molto più di una pipeline, un compositor e un’interfaccia per i moduli. I moduli apportano la propria interfaccia utente e possono interagire con altri moduli (o strumenti). La pipeline e l’interfaccia dei moduli è un’API aperta. Se un tool non fa esattamente quello che ti piace, non è difficile aggiungerlo alla pipeline per ottenere il risultato desiderato. Qualsiasi persona può scrivere un modulo WaveMe e interagire con i messaggi nella pipeline; per semplificare questo processo, WaveMe include modelli open source che possono essere copiati e ampliati in ogni modo immaginabile. In effetti, è così che sono stati sviluppati tutti gli strumenti attualmente disponibili.