Presentazione di Senslogic e WaveMe: colmare il divario tra il design ottico e la realtà

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.

Does your sensor require you to define regions for the spots? Most of the tools out there are way too complex for practical assembly work. The time to obtain a single result is in the minute range, or more. This I personally find unacceptable. With WaveMe’s Shack-Hartmann toolbox, making a wavefront measurement is as fast as selecting the tool from the menu—often, it’s just a matter of turning on the program. If I had the chutzpa of Amazon, I’d call it ‘1-click measurement.’ But since you have to select the tool and enable it, let’s call it ‘2-clicks to perfection’. That’s it, there is nothing more to do, and there shouldn’t be. No regions of interest or exposure settings. All automated. You can read about it in the Discorsi tecnici sulla calibrazione. È davvero bello.

Interferometria a fase variabile

Element centering and collimation are crucial in optical assembly, but optical systems are more complex than that. Lenses can be squeezed by mounts, mirrors bent by coatings or mechanics, and lenses can be inserted in the wrong direction. It happens. Earlier, I did try to make the analogy with a game of tennis and the clock metaphor, and this is the process coming full circle. We started with models, found the requirements and designed optics. We laid out a strategy for assembly and provided the tools. But since this is optics, and despite our best efforts there is a final step to be made, a no excuses, no if or buts. Just a pure – this is what it is. This is the final grade for our efforts.

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 and a fast actuator, 15 wavefronts per second is entirely possible. It is also quite versatile since it assumes that the user may want to alter the system under test in some way, like an OMEMS or deformable mirror. In order to reach speeds that are limited only by the transport interface of the camera, the phase-shifting tool has to transition between synchronous and asynchronous states so that the different physical parts can move when the interferometer doesn’t need them to be at some fixed state.

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.