L'étudiant au doctorat Jacob Reimers est photographié avec un prototype de spectromètre qu'il a conçu pendant trois ans à l'aide d'optiques de forme libre dans le laboratoire de Brian J. Thompson, professeur d'ingénierie optique, Jannick Rolland. Avec une optique de forme libre, commande numérique par ordinateur et nouvelles technologies de tournage diamant, il est désormais possible de se passer des classiques, miroirs et lentilles à symétrie de révolution, et concevoir des surfaces optiques plus compliquées qui peuvent corriger les aberrations qui limitent le champ de vision et la résolution, résultant en des dispositifs optiques qui nécessitent moins, lentilles et miroirs plus petits qui sont plus efficaces que les traditionnels. Crédit :Université de Rochester
Dans un article récent dans Light:Science &Applications, Les chercheurs de l'Université de Rochester, Jannick Rolland et Jacob Reimers, décrivent un dispositif optique avec des applications potentielles allant de l'imagerie satellitaire et diagnostique améliorée à une correspondance plus précise de la couleur de la peinture sur un mur de salon.
L'appareil est un type de spectromètre, un instrument optique qui prend la lumière et la décompose en composants pour révéler un catalogue d'informations sur un objet.
Contrairement aux spectromètres traditionnels, cependant, celui-ci est conçu en utilisant une optique de forme libre, une avancée relativement récente qui bouleverse plus d'un siècle de conception optique.
Depuis plus de 125 ans, la conception optique a été limitée à l'utilisation de symétrie de rotation, surfaces souvent parfaitement sphériques placées dans des tubes ronds, par exemple, appareils photo reflex mono-objectif et objectifs de microscope. Chaque élément d'objectif dans une telle conception peut contribuer jusqu'à 15 aberrations qui limitent le champ de vision et la résolution.
L'avènement de la commande numérique par ordinateur et de la nouvelle technologie de tournage au diamant a rendu à la fois faisable et économique la conception et la fabrication beaucoup plus compliquées, surfaces optiques de forme libre qui se passent de symétrie de rotation. La conception de forme libre permet à un appareil de corriger efficacement les aberrations avec moins, lentilles et miroirs plus petits. Le résultat, les chercheurs disent, seront des capteurs, écrans mobiles, et une foule d'autres appareils qui ne sont pas seulement de plus petite taille, plus léger, et moins chers, mais surpassent également ceux contenant des lentilles et des miroirs traditionnels.
Reimers, un doctorant et l'auteur principal, et Rolland, le professeur Brian J. Thompson de génie optique et directeur de thèse de Reimers, décrivent un spectromètre utilisant trois miroirs de surface de forme libre. Caractéristiques:
"Les spectromètres surveillent l'environnement, aider à examiner les patients, et sont largement utilisés pour de nombreuses autres applications. Ce que nous avons trouvé ici peut être appliqué aux spectromètres utilisés dans toutes ces autres applications, " dit Rolland. " C'est la puissance de l'optique de forme libre. "
Le projet est financé par le Centre d'optique libre de l'Université (CeFO), une initiative collaborative financée par la National Science Foundation et dirigée par Rolland, qui implique également l'Université de Caroline du Nord à Charlotte et plusieurs partenaires de l'industrie dont les cotisations des membres financent la recherche. L'objectif du centre est de promouvoir des projets préconcurrentiels qui font progresser l'optique de forme libre du laboratoire aux applications industrielles.
Le spectromètre décrit par les deux chercheurs est basé sur la géométrie Offner-Chrisp, largement utilisé par l'industrie optique pour corriger les aberrations créées par des surfaces plus conventionnelles.
"En partant d'un compris, une géométrie bien corrigée était importante, parce que nous avons pu montrer comment nous pouvons le rendre encore meilleur en utilisant l'optique de forme libre, " dit Reimers. " C'est une géométrie que plusieurs de nos partenaires de l'industrie CeFO ont approuvées. "
L'article se concentre sur la science derrière la conception d'un spectromètre de forme libre. Un autre article publié en juin dans Optics Express, un journal de la société d'optique, concentré sur la fabrication et le test du réseau convexe. Deux futurs articles, co-écrit par des chercheurs de Rochester et UNC-Charlotte, décrira la fabrication des miroirs ainsi que la fabrication et l'assemblage du prototype complet.
"Ce qui est bien dans ce que Jacob a fait, c'est de ne pas simplement proposer un design, mais pour montrer la science derrière cela, et pourquoi c'est mieux, " dit Rolland.
