Wyzwania inżynierskie w branży instrumenty naukowe
Instrumenty naukowe należą do najbardziej wymagających zastosowań optyki precyzyjnej. Spektrometr musi rozdzielić linie widmowe odległe o ułamki nanometra. Mikroskop konfokalny musi odwzorowywać struktury subkomórkowe z rozdzielczością poniżej dyfrakcyjnej. Interferometr musi mierzyć przesunięcia mniejsze niż długość fali. Żaden z tych parametrów nie jest osiągalny bez gruntownego projektu optycznego i wieloetapowej analizy jakości układu.
OSLO to narzędzie, po które sięgają konstruktorzy instrumentów naukowych od ponad czterech dekad. Analiza aberracji, MTF, PSF, tolerancjonowanie i projektowanie układów wielokonfiguracyjnych — w tym teleskopów Cassegraina, spektrografów echelle i mikroskopów fluorescencyjnych — to chleb powszedni tego oprogramowania.
TracePro z kolei obsługuje te elementy instrumentu, gdzie liczy się propagacja strumienia świetlnego — kolektory, kondensory, układy oświetlające, analizatory stray light w instrumentach kosmicznych i analitycznych.
Jak nasze oprogramowanie wspiera projektowanie?
| Produkt | Rola w tym zakresie |
|---|---|
 | Spektrometry, mikroskopy, interferometry — analiza aberracji, MTF, PSF, tolerancjonowanie |
 | Układy oświetlające, analiza stray light, kolektory i kondensory, instrumenty astrofizyczne |
 | Symulacja nanoskopii — STED, TIRF, SNOM, struktury dla super-resolution microscopy |
 | Siatki dyfrakcyjne w spektrometrach i monochromatorach |
kompaktowy spektrometr światłowodowy do kontroli jakości surowców
Założenia projektowe
Celem było zaprojektowanie niewielkiego spektrometru siatkowego zasilanego światłowodem, przeznaczonego do szybkiej, nieniszczącej kontroli jakości surowców spożywczych i farmaceutycznych w warunkach produkcyjnych. Układ miał pracować w zakresie 450–850 nm i mieścić się w obudowie wielkości kilku centymetrów, aby można go było zintegrować z linią pomiarową.
Sprzężenie światłowodowe i moduł próbki
Światło ze źródła szerokopasmowego doprowadzono do bloku sprzęgającego poprzez giętki światłowód, a odbite od próbki promieniowanie skierowano drugim odcinkiem światłowodu do sekcji analizującej. Taka architektura pozwoliła oddzielić fizycznie moduł oświetlający od detektora, upraszczając integrację mechaniczną całego czujnika.
Dobór siatki dyfrakcyjnej
W symulacji dobrano siatkę dyfrakcyjną o gęstości rowków zapewniającej odpowiedni kompromis między rozdzielczością spektralną a szerokością rejestrowanego pasma. Geometria wewnętrzna spektrometru, w tym kąty padania na siatkę, została zoptymalizowana tak, aby zminimalizować aberracje przy zachowaniu zwartych wymiarów obudowy.
Analiza widma i szumu tła
Symulacja nierekurencyjnego śledzenia promieni ujawniła niepożądane odbicia wewnątrz obudowy, wprowadzające szum do rejestrowanego widma. Wprowadzenie przesłon oraz powierzchni absorpcyjnych na ściankach wewnętrznych ograniczyło światło pasożytnicze i poprawiło stosunek sygnału do szumu w analizowanym oknie spektralnym.
Gotowy projekt
Zweryfikowany model, z potwierdzoną rozdzielczością spektralną i ograniczonym poziomem szumu tła, przekazano do budowy prototypu, ograniczając liczbę kosztownych iteracji fizycznych przed uruchomieniem produkcji czujnika.
Najczęściej zadawane pytania
Instrumenty naukowe
Czy TracePro nadaje się do projektowania spektrometrów z siatką dyfrakcyjną?
Tak. Dzięki nierekurencyjnemu (non-sequential) śledzeniu promieni TracePro modeluje pełną ścieżkę optyczną spektrometru, od źródła szerokopasmowego przez siatkę dyfrakcyjną po detektor, wraz z wielokrotnymi odbiciami, rozpraszaniem i absorpcją światła w obudowie.
Czy TracePro pozwala ograniczyć światło pasożytnicze (stray light) w spektrometrze?
Tak. Analizator stray light identyfikuje niepożądane odbicia i drogi światła wewnątrz obudowy, a symulacja pozwala dobrać przesłony, pokrycia absorpcyjne i geometrię, poprawiając stosunek sygnału do szumu. To jedno z flagowych zastosowań TracePro, wykorzystywane m.in. przy analizie stray light Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Czy przy projekcie spektrometru można połączyć TracePro z OSLO?
Tak. OSLO projektuje i optymalizuje optykę obrazującą, minimalizując aberracje soczewek, a TracePro analizuje cały układ na poziomie systemu: propagację, rozpraszanie i światło pasożytnicze. Lambda Research promuje właśnie taki podział ról w spektrometrach siatkowych i układach hiperspektralnych.
Masz specyficzne wyzwanie z tej dziedziny?
Nasz inżynier odpowie w ciągu 1 dnia roboczego, doradzi narzędzia i opcje licencyjne.
Wyślij pytanie do inżynieraSzukasz oprogramowania TracePro?
Pobierz wersję testową na 14-30 dni, by wypróbować TracePro z pełną obsługą techniczną podczas Twojego bieżącego projektu.
Pobierz trial TracePro