Inženýrské výzvy v oboru vědecké přístroje
Vědecké přístroje patří mezi nejnáročnější aplikace přesné optiky. Spektrometr musí rozlišit spektrální linie vzdálené o zlomky nanometru. Konfokální mikroskop musí zobrazovat subcelulární struktury s rozlišením pod difrakčním limitem. Interferometr musí měřit posuny menší než vlnová délka. Žádný z těchto parametrů není dosažitelný bez důkladného optického návrhu a vícestupňové analýzy kvality systému.
OSLO je nástroj, po kterém konstruktéři vědeckých přístrojů sahají již více než čtyři desetiletí. Analýza aberací, MTF, PSF, tolerování a návrh víckonfiguračních systémů — včetně Cassegrainových dalekohledů, echelle spektrografů a fluorescenčních mikroskopů — jsou pro tento software každodenní chleba.
TracePro naopak obsluhuje ty prvky přístroje, kde záleží na propagaci světelného toku — kolektory, kondenzory, osvětlovací systémy, analyzátory rozptýleného světla ve vesmírných a analytických přístrojích.
Jak náš software podporuje návrh?
| Produkt | Role v této oblasti |
|---|---|
 | Spektrometry, mikroskopy, interferometry — analýza aberací, MTF, PSF, tolerování |
 | Osvětlovací systémy, analýza rozptýleného světla, kolektory a kondenzory, astrofyzikální přístroje |
 | Simulace nanoskopie — STED, TIRF, SNOM, struktury pro super-resolution mikroskopii |
 | Difrakční mřížky ve spektrometrech a monochromátorech |
Příklad použití: kompaktní vláknový spektrometr pro kontrolu kvality surovin
Návrhové předpoklady
Cílem bylo navrhnout malý mřížkový spektrometr napájený vláknem, určený pro rychlou, nedestruktivní kontrolu kvality potravinářských a farmaceutických surovin ve výrobních podmínkách. Systém měl pracovat v rozsahu 450–850 nm a vejít se do pouzdra o velikosti několika centimetrů, aby jej bylo možné integrovat do měřicí linky.
Vláknová vazba a modul vzorku
Světlo ze širokopásmového zdroje bylo přivedeno do vazebního bloku ohebným vláknem a záření odražené od vzorku bylo směrováno druhým úsekem vlákna do analyzační sekce. Tato architektura umožnila fyzicky oddělit osvětlovací modul od detektoru, čímž se zjednodušila mechanická integrace celého senzoru.
Volba difrakční mřížky
V simulaci byla zvolena difrakční mřížka s hustotou vrypů zajišťující odpovídající kompromis mezi spektrálním rozlišením a šířkou zaznamenávaného pásma. Vnitřní geometrie spektrometru, včetně úhlů dopadu na mřížku, byla optimalizována tak, aby se minimalizovaly aberace při zachování kompaktních rozměrů pouzdra.
Analýza spektra a šumu pozadí
Simulace nesekvenčního sledování paprsků odhalila nežádoucí odrazy uvnitř pouzdra, které vnášely šum do zaznamenaného spektra. Zavedení clon a pohlcujících ploch na vnitřních stěnách omezilo parazitní světlo a zlepšilo poměr signálu k šumu v analyzovaném spektrálním okně.
Hotový návrh
Ověřený model s potvrzeným spektrálním rozlišením a omezenou úrovní šumu pozadí byl předán k výrobě prototypu, čímž se omezil počet nákladných fyzických iterací před zahájením výroby senzoru.
Nejčastější dotazy
Vědecké přístroje
Je TracePro vhodné pro návrh spektrometrů s difrakční mřížkou?
Ano. Díky nesekvenčnímu (non-sequential) sledování paprsků modeluje TracePro celou optickou dráhu spektrometru, od širokopásmového zdroje přes difrakční mřížku až po detektor, včetně vícenásobných odrazů, rozptylu a absorpce světla v pouzdře.
Umožňuje TracePro omezit parazitní světlo (stray light) ve spektrometru?
Ano. Analyzátor stray light identifikuje nežádoucí odrazy a dráhy světla uvnitř pouzdra a simulace umožňuje zvolit clony, pohlcující povlaky a geometrii, čímž se zlepší poměr signálu k šumu. Jde o jednu z vlajkových aplikací TracePro, používanou mimo jiné při analýze stray light Vesmírného dalekohledu Jamese Webba.
Lze při návrhu spektrometru kombinovat TracePro s OSLO?
Ano. OSLO navrhuje a optimalizuje zobrazovací optiku, minimalizuje aberace čoček, zatímco TracePro analyzuje celý systém na úrovni systému: propagaci, rozptyl a parazitní světlo. Lambda Research právě takové rozdělení rolí propaguje u mřížkových spektrometrů a hyperspektrálních systémů.
Máte specifickou výzvu v tomto oboru?
Náš inženýr odpoví do 1 pracovního dne, poradí s nástroji a licenčními možnostmi.
Poslat dotaz inženýroviHledáte software TracePro?
Získejte 14-30denní zkušební verzi a vyzkoušejte TracePro s plnou technickou podporou během vašeho aktuálního projektu.
Získat zkušební verzi TracePro