In questa intervista cù u Duttore Logan Rodriguez Graves, amparemu nantu à cume sò fatti i specchi giganti è costosi in i telescopi di l'osservatoriu, l'imaging medicale, è altre cose chì pudete fà cù un diploma in scienza ottica.

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Imaging Medicu per Diagnosticà u Cancru di Colon

Cum'è un studiente, Graves hà travagliatu in un Università di Arizona gruppu chì hà cercatu novi metudi per imaging cancer of colon. U modu "tradiziunale" di imaghjinà e vostre entrate tipicamente include beie un fanghi liquidi nauseabuli chì rendenu e cose fluorescenti. Ùn mi dumandate micca perchè so intimamente ciò chì hè di beie quella spazzatura.

I circadori cù i quali Graves hà travagliatu sò ghjunti cù novi modi per spinghje quì senza quella bevanda. Per una cosa, anu trovu chì e lesioni è u tessutu cancerosu in u colon ponu esse messi in risaltu colpenduli cù certe lunghezze d'onda di luce - senza cocktail necessariu.

Cumu si vede nantu à u situ di Omniscient Imaging Inc.

Graves ci hà parlatu di altri travaglii di imaging GI chì hà fattu una squadra di l'Università di l'Arizona chì includia Dr. Bhaskar Banerjee è "Ron" Liang. Iddi hà sviluppatu un dispositivu otticu chì puderia guardà sia in avanti sia indietro in un colon à u listessu tempu. Cusì, nisuna massa cancerosa si pò piattà! A tecnulugia hè stata spinta in una sucietà chjamata Omniscient Imaging, Inc..

Magia di Ottica di Livellu Lauriatu

A tesi di dutturatu di Logan Graves hà riguardatu metudi di metrologia aduprati in a fabbricazione è a verifica di enormi specchi. Specificamente, Graves hà aiutatu à misurà a superficia di u specchiu chì sarebbe eventualmente installata in u Telescopiu Solare Daniel K. Inouye, o "DKIST" in breve.

Stu telescopiu hè stallatu in Maui, Hawaii, è hè attualmente u più grande telescopiu solare in u mondu. Mentre u spechju primariu in ellu gode avà di vacanze tropicale, hè natu in un laburatoriu in Arizona.

Daniel K. Inouye Telescope Solar in Hawaii. Creditu fotograficu: NSO / AURA / NSF, https://dkist.nso.edu/.

U telescopiu di 4.26 metri hè di circa 14 piedi in lingua americana, o di a dimensione di un grande trampolinu esternu.

Perchè sta cosa imagine u sole, Alcune sfide di ingegneria in più eranu presenti. Cum'è sapete, u sole hè assai luminosu. Hè ancu assai caldu. Dunque, per assicurassi chì u telescopiu ùn si deformi, ùn si scioglie o frighje cum'è una furmica sottu à a lente d'ingrandamentu in una ghjurnata di sole, un novu materiale avia da esse inventatu.

U substratu per u specchiu avia bisognu à esse creatu da qualcosa chì ùn si espanderia micca assai quandu hè stata culpita da a luce solare. Hè perchè, ancu s'ellu ùn hà micca pigliatu u focu, espansione troppu puderia ancu distorsione l'immagine chì DKIST hà catturatu. Hè per quessa chì SCHOTT hè intervenutu è hè andatu cù un novu materiale vetroceramicu chjamatu ZERODUR®. U so coefficiente di espansione termica estremamente bassu hè ciò chì face speciale ZERODUR®.

Perchè a Metrologia nantu à un Mirroru di u Telescopiu Multi-Milione hè cusì Difficile

Quandu Logan Graves hè andatu à bordu di a custruzzione DKIST, u cuncepimentu per u telescopiu è u novu materiale di fantasia era dighjà messu in opera, ma i metudi di fabbricazione avianu bisognu di qualchì amore. Dopu tuttu, questa cosa chì hè stata custruita era per diventà u più grande telescopiu in u mondu di u so genaru!

Per macinà u specchiu finu à a so forma finale lucidata, eranu necessarie diverse fasi di fabbricazione. Tutte queste tappe necessitanu misurazione. Cum'è u materiale hè raschiatu, ci vole à esse un modu per verificà quantu ci vole ancu à esse cacciatu è quantu hè statu cacciatu dighjà.

Specchiu lucente DKIST lucidatu in laburatoriu. Creditu fotograficu: Logan R. Graves.

Tuttu sembra abbastanza semplice, ma perchè l'applicazione finale hè un telescopiu di parechji milioni di dollari, i requisiti di metrologia diventanu un pocu più cumplessi. Per una cosa, parechji milioni di dollari sò assai soldi! Dunque, hè megliu ùn fà micca sbagli. Mancu un sbagliu. Micca unu. Avete bisognu di quellu chì fate per travaglià, à u cuntrariu di a fabricazione à grande vulume induve aspettate una percentuale di fallimentu.

Un'altra cosa da tene à mente hè chì, cum'è per tutte l'ottiche di precisione, ùn si pò toccà. Ùn si pò micca respirà nantu à questu, solu parlà di trascinà un prufilometru meccanicu annantu à a so superficie. Cusì, avete bisognu di fà misurazioni altamente precise, infallibili senza tuccà u spechju.

Pro è Contro di Interferometria

U modu "standard d'oru" di misurà una superficia specchiu cusì hè cù l'interferometria, chì hè un metudu di misurazione di precisione, senza cuntattu. U peghju, hè ancu estremamente caru è richiede di fà una forma di riferimentu fisica perfetta. Dopu, puderete misurà a parte chì create è a forma di riferimentu è a differenza trà e misure hè l'errore.

Cù u spechju concavu DKIST, stu prucessu hè statu particularmente difficiule. Ci era una dimensione enorme per unu, ma ancu a forma era fora di l'assi è parabolica. Se a forma di u ritagliu era sferica invece, allora puderete buffallu cù una sfera di filatura. Tuttavia, perchè hè goffu, fà è pruvà a cosa hè assai più cumplessu.

Un altru inconveniente di l'interferometria hè chì in a misura di grandi superfici, tipicamente ùn pudete micca misurà tutta a superficie à u listessu tempu. Invece, pudete bisognu di piglià parechje misurazioni è cunghjuntalli. Queste zone di sovrapposizione sò propensi à errori, è di novu, cù widget di milioni di dollari, l'errore hè male.

Eppuru un altru incontru di aduprà l'interferometria esclusivamente hè chì funziona solu quandu a forma chì state misurendu hè abbastanza vicina à a forma di riferimentu. Dunque, se site in quelle tappe aspre, iniziali di macinazione di u specchiu, l'interferometria averà una utilità limitata.

Cosa hè a Deflectometria?

In cuntrastu à l'interferometria, a deflectometria pò esse usata più facilmente in i primi stadii di tagliu di u specchiu. Hè ancu più prezzu perchè ùn hà micca bisognu di una forma di riferimentu per esse custruita.

Umanu chì si striscia intornu à u spechju DKIST super caru per installallu per a misurazione. Creditu fotograficu: Logan R. Graves.

Invece, a riferenza aduprata hè una fonte, forse un display digitale, cun un mudellu di prova di dimensioni cunnisciute. Se brilli quella fonte nantu à u specchiu è imagine a riflessione, allora pudete sapè cumu pare u specchiu da cume l'immagine hè stata distorta.

Per esempiu, pensate à un specchiu funhouse deformatu. Se vedi una maghjina di voi chì hè alta 3 piedi cun una faccia più grande di a vostra parte posteriore, ma sapete chì site 5'10 "cun un noggin di dimensioni normali, pudete sapè cumu quella superficie riflettente hè piegata fora di forma. Una volta passatu u scossa iniziale, pudete vede l'immagine distorta micca cum'è un umanu maltrattatu ma cum'è ondulazioni in l'aluminiu.

Se vulete capisce a deflectometria più in profondità è site un fan di The Matrix, verificate a difesa di a tesi di dutturatu di Graves. Spiega a deflectometria cù l'immagine di e pillule rosse è turchine riflesse in l'occhiali da sole di Morpheus.

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A Fase di Grinding

Un primu stadiu di u prucessu di fabbricazione di u specchiu hè u "stadiu di macinazione". Eccu induve i gnomi di u telescopiu piglianu a superficie di u specchiu da sembra una vernice matta nantu à una corsa pimped à qualcosa induve pudete cumincià à vede un riflessu. Rispuntendu à l'ultima tappa di lucidatura, sta parte di u prucessu hè induve saranu tagliati carichi di materiale.

U prucessu di macinazione utilizza un bracciu roboticu per pressà è girà una slurry chì hà una lucidatura di granulazione mischiata. Sembra troppu messu per esse capace di fà una macinazione precisa cun, eppuru, cù l'aiutu di a deflectometria IR, sò stati capaci di misurà è monitorà sta superficia aspra. L'interferometria è a deflectometria visibile sò stati ancu usati per corroborà e misurazioni di deflectometria IR.

Specchiu primariu fabbricatu à l'Università di l'Arizona. Creditu fotograficu: NSO / AURA / NSF. https://dkist.nso.edu/

Utilizendu a deflectometria IR in sta parte di u prucessu, a squadra hà sappiutu risparmià assai tempu di fabricazione.

Era più faciule di vede induve puderianu caccià grandi pezzi da u materiale chì ùn era micca vicinu à a superficia finale. Ciò, a sua volta, hà permessu di fabricà u specchiu DKIST in un pocu più di un annu, ciò chì Logan ci dice, da i standard di l'ottica di l'osservatoriu, hè stupendu rapidu.

"Super Smooth Mirror"

Un "Super Smooth Mirror" hè in realtà una categoria di specchiu. Hè qualcosa chì sapete avà. Una volta finitu u più altu livellu di lucidatura, u spechju DKIST avia circa 19 nm di rugosità in tutta a superficia. Se fighjate a deviazione in una superficia più chjuca di circa 2x3mm, hè ancu più bassa à menu di 0.7 nm, uguale à "super lisciu".

Risultati finali di misurazione di u spechju primariu DKIST finitu cumunu spartutu da Graves durante a so difesa di dissertazione.

Ma chì significa veramente una rugosità superficiale di 19nm? Durante a difesa di a tesi di Graves, hà spiegatu chì sta deviazione di 19 nm hè paragunabile à una deviazione topografica trà 2 posti in a cità essendu a metà di a larghezza di un pelu umanu. Dunque, ogni cullina o buca trà voi è qualchì puntu à parechji chilometri di distanza ùn duveria esse più alta o più bassa di a metà di un pelu umanu.

Ok, puntelli, doc!

Per verificà a superficia di u specchiu in u stadiu finale, ùn solu a forma, ma a rugosità superficiale era impurtante da calibre. Diversi tippi di deflettometri è interferometri sò stati aduprati per scansà a superficie cum'è u verificatu finale. Dopu, tutte quelle misurazioni sò state cuntrullate per assicurassi chì eranu tutti d'accordu.

Graves cum'è Cientificu Otticu Free-Agent

Dapoi u so diploma, Graves hè statu impegnatu cù assai prughjetti diversi. Cù u so cumpagnu, u duttore Isaac Trumper, hà fattu un travagliu d'ingegneria ottica freelance casuale in a so cumpagnia, Intuitive Optical Design Lab. Anu cunsultatu nantu à picculi prughjetti di startup hardware finu à aiutà à sviluppà sistemi LIDAR da zero.

Un allestimentu intuitivu di u Laboratoriu di Cuncepimentu Otticu. Possibbilmente ghjustu installatu per vede veramente cool è ùn fà nunda di funziunale. Creditu fotograficu: IODLab.

Annantu à Ottica ELE, travaglia ancu nantu à u software PM per affruntà specificamente e sfide implicate in a cumunicazione di dati di ingegneria ottica. Quandu noi ingegneri ottichi travagliamu nantu à una squadra di sviluppu, u nostru travagliu di cuncepimentu hè involuntariamente piattu da altri ingegneri in una scatula nera. Hè cusì cumu funziona u nostru software! Sò cuntentu di vede ciò chì a so squadra di R&D vene in futuro per fà questu menu di un prublema.

Forum d'ottica è Podcast

Ci sò altri bè in ELE Optics cumpresu un foru cumunitariu di scienza ottica è ingegneria. Questa hè una grande risorsa per truvà specialisti è dumandà dumande tecniche difficili da Google in quantu à l'ottica è u software otticu.

Pudete truvà u Rapportu Spotlight ancu un podcast quì, chì mi piace personalmente (è sò statu in invitu). Stu podcast hà tradizionalmente inclusu interviste di nerds per l'ottica, ma Logan accoglie tutti i generi di ingegneri cum'è scienziati cum'è ospiti.

Vulete Guidanza da u Duttore Logan Rodriguez Graves? Riservallu nantu à OddEngineer.com!

Se vulete chì Logan Graves vi dessi una guida per i metudi di metrologia per a vostra applicazione, pudete riservate direttamente un appuntamentu cun ellu nantu à Odd Engineer à stu ligame.

Ci hè ùn ci hè bisognu di dumandallu nantu à a so dispunibilità! Basta cliccà nantu à u "Pianu Appuntamentu" buttone, è riservà è pagà per tuttu u tempu è u ghjornu dispunibili funziona per voi. Se avete bisognu di firmà un NDA per a vostra riunione, pudete caricare una copia firmata quandu prenotate. Puderete riceve un email cun un ligame di riunione Zoom.

Intervista completa cù u Duttore Logan Graves nantu à u Podcast Odd Engineer

Vulete sente a versione longa, senza abbreviazione di st'intervista? Cuntrolla Podcast di Odd Engineer per cunsiglii è più dettagli nantu à i metudi di metrologia è u prughjettu DKIST.

Author

Erin hè un nomad digitale è dirige l'ingenieria ottica è a publicazione in Spire Starter LLC: www.SpireStarter.com A so furmazione accademica hè in fisica applicata è hà travagliatu per The Man progettendu ottiche per l'illuminazione interiore, i fanali di u vittura è i fanali di coda (Corvette, Escalade, Chevrolet Silverado, ecc.), Sensori ottici, è squali cù fasci laser frickin 'attaccati à a testa. À u latu, Erin hè un artista, scrittore di sci-fi cristianu, è amante di a birra, di u bourbon è di a birra infusa di bourbon.