Doktoranden Jacob Reimers är avbildad med en prototypspektrometer som han designat under tre år med friformsoptik i Brian J. Thompson professor i optisk teknik Jannick Rolland. Med friformsoptik, numerisk datorstyrning och ny teknik för diamantvändning, det är nu möjligt att avstå från konventionella, rotationssymmetriska speglar och linser, och designa mer komplicerade optiska ytor som kan korrigera avvikelser som begränsar synfält och upplösning, vilket resulterar i optiska enheter som kräver färre, mindre linser och speglar som är mer effektiva än traditionella. Upphovsman:University of Rochester
I en nyligen publicerad artikel i Light:Science &Applications, University of Rochester forskare Jannick Rolland och Jacob Reimers beskriver en optisk enhet med potentiella applikationer som sträcker sig från förbättrade satellit- och diagnostiska bilder till mer exakt matchning av färgfärgen på en vardagsrumsvägg.
Enheten är en typ av spektrometer - ett optiskt instrument som tar ljus och bryter ner det i komponenter för att avslöja en katalog med information om ett objekt.
Till skillnad från traditionella spektrometrar, dock, den här är designad med friformsoptik, ett relativt nytt framsteg som ökar mer än ett sekel optisk design.
I mer än 125 år, optisk design begränsades till att använda rotationssymmetrisk, ofta perfekt sfäriska ytor placerade i runda rör - t.ex. spegelreflexkameror och objektiv för mikroskop. Varje linselement i en sådan design kan bidra med upp till 15 avvikelser som begränsar synfält och upplösning.
Framväxten av numerisk datorstyrning och ny teknik för diamantvändning har gjort det både genomförbart och ekonomiskt att designa och tillverka mycket mer komplicerat, friformade optiska ytor som avstår från rotationssymmetri. Freeform -design gör det möjligt för en enhet att effektivt korrigera avvikelser med färre, mindre linser och speglar. Resultatet, forskare säger, kommer att vara sensorer, mobilskärmar, och en mängd andra enheter som inte bara är mindre i storlek, lättare i vikt, och billigare-men också prestanda som innehåller traditionella linser och speglar.
Reimers, en doktorand och huvudförfattaren, och Rolland, Brian J. Thompson professor i optisk teknik och Reimers avhandlingsrådgivare, beskriv en spektrometer med hjälp av tre friformiga ytspeglar. Funktioner:
"Spektrometrar övervakar miljön, hjälpa till att undersöka patienter, och används i stort för många andra applikationer. Det vi hittade här kan tillämpas på spektrometrar som används i alla dessa andra applikationer, " säger Rolland. "Det är kraften i friformsoptik."
Projektet finansieras av University's Center for Freeform Optics (CeFO), ett samarbetsinitiativ finansierat av National Science Foundation och regisserat av Rolland, som också involverar University of North Carolina i Charlotte och flera branschpartner vars medlemsavgifter finansierar forskningen. Målet med centret är att främja prekompetitiva projekt som främjar friformsoptik från laboratoriet till industriella tillämpningar.
Spektrometern som beskrivs av de två forskarna är baserad på Offner-Chrisp-geometri, används ofta av den optiska industrin för att korrigera avvikelser som skapats av mer konventionella ytor.
"Börjar med en förstådd, välkorrigerad geometri var viktig, eftersom vi kunde visa hur vi kan göra det ännu bättre med friformsoptik, " säger Reimers. "Det är en geometri som flera av våra CeFO-industripartners stödde."
Tidningen fokuserar på vetenskapen bakom att utforma en friformspektrometer. En annan artikel publicerad i juni i Optics Express, en Optical Society Journal, fokuserade på tillverkning och testning av det konvexa gallret. Två framtida tidningar, medförfattare av forskare från både Rochester och UNC-Charlotte, kommer att beskriva tillverkningen av speglarna samt tillverkning och montering av hela prototypen.
"Det som är trevligt med det Jacob har gjort är att inte bara hitta på en design, men för att visa vetenskapen bakom det, och varför det är bättre, säger Rolland.
