Las tecnologías innovadoras son la clave para abordar algunos de los desafíos clave de la sociedad, y muchas de estas tecnologías tienen un sistema óptico en su núcleo. Los ejemplos incluyen sistemas de litografía de semiconductores diseñados para crear microchips cada vez más pequeños y con mayor eficiencia energética, sistemas de observación de la tierra de alta resolución basados ​​en satélites, e investigación básica en el campo de la detección de ondas gravitacionales. En el ámbito de la óptica, sin embargo, incluso las imperfecciones más pequeñas pueden conducir a la luz dispersa, lo que provoca una reducción del contraste y un menor rendimiento lumínico. Por lo tanto, los sistemas ópticos actuales se basan en un diseño optimizado y una inspección completa de la superficie completa de los componentes ópticos. Lograr esto, el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF está desarrollando técnicas de medición de dispersión de luz que pueden detectar la luz dispersa no deseada.

La calidad de la superficie de una superficie óptica es la clave para lograr el nivel requerido de calidad de imagen. Ninguna superficie está completamente libre de imperfecciones. Incluso los cristales, que se acercan mucho a representar un sólido ideal, presentan defectos y fallas. Obtener el equilibrio adecuado desde la fase de diseño óptico requiere especificaciones detalladas en varias áreas, incluyendo la extensión de los puntos imperfectos en la superficie que se considera aceptable y el grado en que cualquier recubrimiento necesario y otros factores pueden influir en estos valores.

Estos datos pueden ser proporcionados por Fraunhofer IOF, que desarrolla una amplia gama de sensores y sistemas de medición de dispersión de luz, así como los métodos analíticos y modelos de dispersión de luz correspondientes. Estas herramientas se pueden utilizar para aplicar un recubrimiento virtual, permitiendo a los científicos hacer predicciones sobre la dispersión de la luz antes de que tenga lugar la producción. También allanan el camino para la caracterización en línea de ópticas complejas, en otras palabras, realizar una inspección automatizada y un análisis completo de una superficie en función de sus conjuntos de datos de diseño y construcción.

"Estas herramientas pueden ayudar a obtener el equilibrio óptimo entre los costos de fabricación y los beneficios útiles. Las ópticas utilizadas en los satélites son un buen ejemplo. El desafío aquí es producir múltiples ópticas del mismo tipo, por ejemplo, como un modelo de vuelo, módulo de reinicio, etc., mientras opera en los límites de lo que es técnicamente factible en un entorno de producción, en particular para aplicaciones en longitudes de onda cortas. Por eso es tan importante confiar en soluciones sólidas y significativas análisis en línea que ofrecen las técnicas de medición de la dispersión de la luz, "dice Marcus Trost, quien dirige el grupo de caracterización en Fraunhofer IOF.

La técnica de medición de la dispersión de la luz ofrece claras ventajas

Las imperfecciones de la superficie se miden tradicionalmente mediante microscopía, interferometría o métodos táctiles que implican sondear la superficie con una aguja de diamante. Estas técnicas requieren mucho tiempo y son caras, sin embargo. Para superficies lisas, Los sistemas de medición de la dispersión de la luz ya ofrecen una alternativa probada que combina una alta sensibilidad con una mediciones sin contacto. Y lo que es más, no son susceptibles a vibraciones, haciéndolos una opción muy robusta. Como ejemplo, se necesitarían más de 40 años para inspeccionar toda la superficie de un espejo de 60 centímetros de diámetro con un microscopio de fuerza atómica, sin embargo, se podrían utilizar técnicas de dispersión de luz para hacer el mismo trabajo en tan solo unas horas.

Eso hace que este método sea una buena opción para cumplir con los requisitos cada vez más exigentes de la industria y la investigación de componentes ópticos. También permite cumplir altos estándares funcionales y de calidad optimizando costes y tiempos de producción. Fraunhofer IOF ya está satisfaciendo la demanda internacional de caracterización óptica de los productores de sistemas ópticos, y también ha construido una sólida red de experiencia en el "Valle de la Óptica" de Alemania, un grupo de empresas de alta tecnología en la región de Jena.

Misiones satelitales que ya se benefician

Fraunhofer IOF ya ha contribuido con su experiencia a la fabricación y optimización de una serie de ópticas de satélite, incluido el Programa de Análisis y Cartografía Ambiental (EnMAP) del Centro Aeroespacial Alemán. A partir de este año Este proyecto tiene como objetivo recopilar la información resuelta espectralmente más detallada jamás adquirida sobre los ecosistemas de la superficie de la Tierra. Las habilidades de Fraunhofer IOF también se han aplicado a las aplicaciones de observación terrestre multiespectral que forman parte del programa Sentinel de la Agencia Espacial Europea. La ESA también lanzará un nuevo telescopio al espacio este año:el telescopio espacial Euclid realizará un nuevo estudio de los confines más lejanos del universo. allanando el camino para nuevos conocimientos sobre la materia oscura y la energía oscura.

Listo para integrarse en producción

A diferencia de las técnicas de medición tradicionales, este método no es sensible a las vibraciones, facilitando su incorporación en los procesos productivos. Como ejemplo, La figura 2 muestra la integración de un sensor de dispersión de luz compacto en una máquina de torneado de diamante de ultra precisión que fue especialmente desarrollada para la caracterización rápida y flexible de rugosidades y defectos. Esto permite que la caracterización de la rugosidad superficial se lleve a cabo en línea en el proceso de fabricación e incluso permite modificar los parámetros del proceso según sea necesario.

Los sistemas de medición de Fraunhofer IOF también cumplen los criterios del proyecto del faro de Fraunhofer "Enjambres jerárquicos como arquitectura de producción con utilización optimizada (SWAP)". Este proyecto tiene como objetivo identificar nuevos conceptos tecnológicos para dar forma al futuro de la producción. Su enfoque clave está en el cambio del procesamiento tradicional de piezas de trabajo en una secuencia definida de procesos a una producción más colaborativa y (semi) autónoma.