डॉ. लोगान रोड्रिग्ज ग्रेव्स के साथ इस साक्षात्कार में, हम सीखते हैं कि वेधशाला दूरबीनों में विशाल, महंगे दर्पण कैसे बनाए जाते हैं, चिकित्सा इमेजिंग, और अन्य चीजें जो आप ऑप्टिकल विज्ञान में डिग्री के साथ कर सकते हैं।

कोलन कैंसर के निदान के लिए मेडिकल इमेजिंग

एक स्नातक के रूप में, ग्रेव्स ने एक में काम किया एरिजोना विश्वविद्यालय वह समूह जिसने कोलन कैंसर की इमेजिंग के लिए नए तरीकों पर शोध किया। अपने अंदरूनी हिस्सों की छवि बनाने के "पारंपरिक" तरीके में आम तौर पर मतली पैदा करने वाला तरल कीचड़ पीना शामिल है जो चीजों को फ्लोरोसेंट बनाता है। मुझसे यह मत पूछिए कि मैं इतनी गहराई से क्यों जानता हूं कि उस कचरे को पीने का अनुभव कैसा होता है।

ग्रेव्स ने जिन शोधकर्ताओं के साथ काम किया, वे उस पेय के बिना वहां घूमने के नए तरीके लेकर आए। एक बात के लिए, उन्होंने पाया कि बृहदान्त्र में घावों और कैंसरयुक्त ऊतकों को प्रकाश की कुछ तरंग दैर्ध्य के साथ मारकर उजागर किया जा सकता है - किसी कॉकटेल की आवश्यकता नहीं है।

ग्रेव्स ने हमें अन्य जीआई-इमेजिंग कार्य के बारे में बताया जो एरिज़ोना विश्वविद्यालय की टीम ने किया था जिसमें डॉक्टर भी शामिल थे। भास्कर बनर्जी और "रॉन" लियांग। वे एक ऑप्टिकल उपकरण विकसित किया जो एक ही समय में एक कोलन में आगे और पीछे दोनों तरफ देख सकता है। इस तरह, कोई भी कैंसरयुक्त पिंड छिप नहीं सकता! तकनीक को एक कंपनी में बदल दिया गया जिसे कहा जाता है सर्वज्ञ इमेजिंग, इंक.

स्नातक स्तर की ऑप्टिक्स विजार्ड्री

लोगन ग्रेव्स के डॉक्टरेट शोध प्रबंध में विशाल दर्पणों के निर्माण और सत्यापन में उपयोग की जाने वाली मेट्रोलॉजी विधियाँ शामिल थीं। विशेष रूप से, ग्रेव्स ने दर्पण की सतह को मापने में मदद की जिसे अंततः डैनियल के. इनौये सोलर टेलीस्कोप, या संक्षेप में "डीकेआईएसटी" में स्थापित किया जाएगा।

यह टेलीस्कोप माउई, हवाई में स्थापित किया गया है और वर्तमान में यह दुनिया का सबसे बड़ा सौर टेलीस्कोप है। जबकि इसके अंदर का प्राथमिक दर्पण अब उष्णकटिबंधीय अवकाश का आनंद ले रहा है, इसका जन्म एरिज़ोना की एक प्रयोगशाला में हुआ था।

4.26-मीटर दूरबीन अमेरिकी भाषा में लगभग 14 फीट है, या एक बड़े, आउटडोर ट्रैम्पोलिन के आकार की है।

क्योंकि यह चीज़ छवियाँ सूरज, कुछ अतिरिक्त इंजीनियरिंग चुनौतियाँ मौजूद थीं। जैसा कि आप जानते होंगे, सूर्य बहुत चमकीला है। यह बहुत गरम भी है. इसलिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कि धूप वाले दिन में दूरबीन किसी बच्चे के आवर्धक कांच के नीचे चींटी की तरह मुड़, पिघल या भून न जाए, एक नई सामग्री का आविष्कार करने की आवश्यकता थी।

दर्पण के लिए सब्सट्रेट किसी ऐसी चीज़ से बनाया जाना चाहिए जो सूरज की रोशनी के संपर्क में आने पर बहुत अधिक न फैले। ऐसा इसलिए है, क्योंकि भले ही उसमें आग न लगी हो, फिर भी बहुत अधिक विस्तार करने से डीकेआईएसटी द्वारा खींची गई छवि विकृत हो सकती है। तभी SCHOTT ने कदम रखा और ऊपर आ गया ZERODUR® नामक एक नवीन ग्लास-सिरेमिक सामग्री के साथ. इसका थर्मल विस्तार का बेहद कम गुणांक ZERODUR® को विशेष बनाता है।

मल्टी-मिलियन डॉलर टेलीस्कोप मिरर पर मेट्रोलॉजी इतनी कठिन क्यों है?

जब लोगान ग्रेव्स डीकेआईएसटी बिल्ड में आए, तो दूरबीन और फैंसी नई सामग्री का डिज़ाइन पहले से ही सेट था, लेकिन निर्माण के तरीकों में कुछ प्यार की ज़रूरत थी। आख़िरकार, बनाई जा रही यह चीज़ अपनी तरह की दुनिया की सबसे बड़ी दूरबीन बनने वाली थी!

दर्पण को उसके अंतिम, पॉलिश आकार में पीसने के लिए, विभिन्न निर्माण चरणों की आवश्यकता थी। इन सभी चरणों में माप की आवश्यकता थी। जैसे-जैसे सामग्री को हटाया जाता है, यह जांचने का एक तरीका होना चाहिए कि कितना अभी भी हटाया जाना बाकी है और कितना पहले ही हटाया जा चुका है।

यह सब काफी सरल लगता है, लेकिन चूंकि अंतिम अनुप्रयोग एक बहु-मिलियन डॉलर का टेलीस्कोप है, इसलिए मेट्रोलॉजी की आवश्यकताएं थोड़ी पेचीदा हो जाती हैं। एक बात के लिए, लाखों डॉलर बहुत सारा पैसा है! इसलिए, बेहतर होगा कि आप कोई गलती न करें। एक भी गलती नहीं. एक नहीं। आपको काम के लिए वही चाहिए जो आप बनाते हैं, उच्च मात्रा के विनिर्माण के विपरीत जहां आप विफलता के प्रतिशत की उम्मीद करते हैं।

ध्यान रखने योग्य एक और बात यह है कि, सभी सटीक प्रकाशिकी की तरह, आप इसे छू नहीं सकते। आप इस पर सांस नहीं ले सकते, यांत्रिक प्रोफिलोमीटर को इसकी सतह पर खींचना तो दूर की बात है। इसलिए, आपको अत्यधिक सटीक, अचूक माप करने की आवश्यकता है दर्पण को छुए बिना.

इंटरफेरोमेट्री के फायदे और नुकसान

इस तरह दर्पण की सतह को मापने का "स्वर्ण मानक" तरीका इंटरफेरोमेट्री है, जो एक सटीक, गैर-संपर्क माप विधि है। नकारात्मक पक्ष यह है कि यह बेहद महंगा है और इसके लिए आपको एक आदर्श भौतिक संदर्भ आकार बनाने की आवश्यकता होती है। फिर, आप उस हिस्से को मापेंगे जिसे आप बना रहे हैं और संदर्भ आकार और माप के बीच का अंतर त्रुटि है।

अवतल DKIST दर्पण के साथ, यह प्रक्रिया विशेष रूप से कठिन थी। एक के लिए इसका आकार बहुत बड़ा था, लेकिन आकार ऑफ-एक्सिस और परवलयिक भी था। यदि कटआउट का आकार गोलाकार होता, तो आप इसे घूमते गोले से पॉलिश कर सकते थे। हालाँकि, क्योंकि यह अजीब है, इसे बनाना और परीक्षण करना बहुत अधिक जटिल है।

इंटरफेरोमेट्री का एक और दोष यह है कि बड़ी सतहों को मापने में, आप आमतौर पर एक ही समय में पूरी सतह को नहीं माप सकते हैं। इसके बजाय, आपको कई माप लेने और उन्हें एक साथ जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है। वे ओवरलैप क्षेत्र त्रुटियों से ग्रस्त हैं, और फिर, मल्टी-मिलियन डॉलर विजेट के साथ, त्रुटि खराब है।

इंटरफेरोमेट्री को विशेष रूप से उपयोग करने का एक और नुकसान यह है कि यह केवल तभी काम करता है जब आप जिस आकार को माप रहे हैं वह संदर्भ आकार के काफी करीब है। इसलिए, यदि आप दर्पण को घिसने के शुरुआती चरण में हैं, तो इंटरफेरोमेट्री की उपयोगिता सीमित होगी।

डिफ्लेक्टोमेट्री क्या है?

इंटरफेरोमेट्री के विपरीत, डिफ्लेक्टोमेट्री का उपयोग दर्पण को काटने के शुरुआती चरणों में अधिक आसानी से किया जा सकता है। यह सस्ता भी है क्योंकि इसे बनाने के लिए संदर्भ आकार की आवश्यकता नहीं होती है।

इसके बजाय, उपयोग किया गया संदर्भ एक स्रोत है, शायद एक डिजिटल डिस्प्ले, ज्ञात आयामों के परीक्षण पैटर्न के साथ। यदि आप उस स्रोत को दर्पण पर चमकाते हैं और प्रतिबिंब का प्रतिबिंब बनाते हैं, तो आप यह बता सकते हैं कि दर्पण कैसा दिखता है, छवि कैसे विकृत हुई।

उदाहरण के लिए, एक विकृत फ़नहाउस दर्पण के बारे में सोचें। यदि आप अपनी एक छवि देखते हैं जो 3 फीट लंबी है और आपका चेहरा आपके पिछले हिस्से से बड़ा है, लेकिन आप जानते हैं कि आप सामान्य आकार के नोगिन के साथ 5'10" के हैं, तो आप बता सकते हैं कि वह परावर्तक सतह कैसे आकार से बाहर मुड़ी हुई है। एक बार जब आप शुरुआती झटके से उबर जाते हैं, तो आप विकृत छवि को एक घायल इंसान के रूप में नहीं, बल्कि एल्युमीनियम में लहरों के रूप में देख सकते हैं।

यदि आप डिफ्लेक्टोमेट्री को अधिक गहराई से समझना चाहते हैं और द मैट्रिक्स के प्रशंसक हैं, तो ग्रेव्स के डॉक्टरेट शोध प्रबंध बचाव को देखें। वह मॉर्फियस के धूप के चश्मे में प्रतिबिंबित लाल और नीली गोलियों की छवि के साथ डिफ्लेक्टोमेट्री की व्याख्या करते हैं।

पीसने का चरण

दर्पण निर्माण प्रक्रिया का प्रारंभिक चरण "पीसने का चरण" है। यह वह जगह है जहां टेलीस्कोप ग्नोम दर्पण की सतह को एक पिम्प्ड सवारी पर मैट पेंट की तरह दिखने से लेकर किसी ऐसी चीज़ तक ले जाएगा जहां आप प्रतिबिंब देखना शुरू कर सकते हैं। अंतिम पॉलिशिंग चरण की तुलना में, प्रक्रिया का यह हिस्सा वह जगह है जहां बहुत सारी सामग्री काट दी जाएगी।

पीसने की प्रक्रिया में घोल को दबाने और घुमाने के लिए एक रोबोटिक भुजा का उपयोग किया जाता है जिसमें पॉलिशिंग ग्रिट मिश्रित होती है। यह सटीक पीसने में सक्षम होने के लिए बहुत गन्दा दिखता है, और फिर भी, आईआर डिफ्लेक्टोमेट्री की मदद से, वे मापने में सक्षम थे और इस खुरदुरी सतह की निगरानी करें। आईआर डिफ्लेक्टोमेट्री माप को पुष्ट करने के लिए इंटरफेरोमेट्री और दृश्य डिफ्लेक्टोमेट्री का भी उपयोग किया गया था।

प्रक्रिया के इस भाग में आईआर डिफ्लेक्टोमेट्री का उपयोग करके, टीम निर्माण का बहुत सारा समय बचाने में सक्षम थी।

यह देखना आसान था कि वे उस सामग्री से बड़े टुकड़े कहाँ से निकाल सकते हैं जो अंतिम सतह के करीब नहीं थी। बदले में, डीकेआईएसटी दर्पण को एक वर्ष से कुछ अधिक समय में तैयार करने की इजाजत दी गई, जो लोगान हमें वेधशाला प्रकाशिकी मानकों के अनुसार बताता है, आश्चर्यजनक ढंग से तेज़।

"सुपर स्मूथ मिरर"

"सुपर स्मूथ मिरर" वास्तव में दर्पण की एक श्रेणी है। यह कुछ ऐसा है जिसे आप अब जानते हैं। एक बार उच्चतम स्तर की पॉलिश समाप्त हो जाने के बाद, DKIST दर्पण की पूरी सतह पर लगभग 19 एनएम खुरदरापन था। यदि आप लगभग 2x3 मिमी के छोटे सतह क्षेत्र में विचलन को देखते हैं, तो यह 0.7nm से भी कम है, जो "सुपर स्मूथ" के बराबर है।

लेकिन 19nm की सतह खुरदरापन का वास्तव में क्या मतलब है? ग्रेव्स के शोध प्रबंध बचाव के दौरान, उन्होंने बताया कि यह 19 एनएम विचलन शहर भर में 2 स्थानों के बीच मानव बाल की आधी चौड़ाई के स्थलाकृतिक विचलन के बराबर है। तो, आपके और कई मील दूर किसी बिंदु के बीच कोई भी पहाड़ी या गड्ढा मानव बाल के आधे से अधिक ऊंचा या निचला नहीं होना चाहिए।

ठीक है, प्रॉप्स, डॉक्टर!

अंतिम चरण में दर्पण की सतह की जांच करने के लिए, न केवल आकार बल्कि सतह की खुरदरापन को मापना महत्वपूर्ण था। अंतिम जांच के रूप में सतह को स्कैन करने के लिए कई प्रकार के डिफ्लेक्टोमीटर और इंटरफेरोमीटर का उपयोग किया गया था। फिर, उन सभी मापों को यह सुनिश्चित करने के लिए क्रॉस-चेक किया गया कि वे सभी सहमत थे।

एक फ्री-एजेंट ऑप्टिकल वैज्ञानिक के रूप में ग्रेव्स

स्नातक होने के बाद से, ग्रेव्स कई अलग-अलग परियोजनाओं में व्यस्त रहे हैं। अपने साथी, डॉ. आइज़ैक ट्रम्पर के साथ, उन्होंने उनकी कंपनी, इंटुएटिव ऑप्टिकल डिज़ाइन लैब में यादृच्छिक फ्रीलांस ऑप्टिकल इंजीनियरिंग कार्य किया है। उन्होंने शुरुआत से ही LIDAR सिस्टम विकसित करने में मदद के लिए छोटे हार्डवेयर स्टार्टअप प्रोजेक्ट्स पर परामर्श दिया है।

पर ओवर ईएलई ऑप्टिक्सवह विशेष रूप से ऑप्टिकल इंजीनियरिंग डेटा संचार में शामिल चुनौतियों का समाधान करने के लिए पीएम सॉफ्टवेयर पर भी काम कर रहे हैं। जब हम ऑप्टिकल इंजीनियर एक विकास टीम पर काम करते हैं, तो हमारा डिज़ाइन कार्य अनजाने में ब्लैक बॉक्स में अन्य इंजीनियरों से छिपा हुआ होता है। हमारा सॉफ़्टवेयर इसी प्रकार काम करता है! मैं यह देखने के लिए उत्साहित हूं कि भविष्य में उनकी आर एंड डी टीम इस समस्या को कम करने के लिए क्या लेकर आती है।

ऑप्टिक्स फोरम और पॉडकास्ट

ईएलई ऑप्टिक्स में अन्य उपहार भी शामिल हैं एक ऑप्टिकल विज्ञान और इंजीनियरिंग सामुदायिक मंच. विशेषज्ञों को ढूंढने और ऑप्टिक्स और ऑप्टिकल सॉफ़्टवेयर के संबंध में Google से कठिन तकनीकी प्रश्न पूछने के लिए यह एक बेहतरीन संसाधन है।

आप पा सकते हैं स्पॉटलाइट रिपोर्ट वहां पॉडकास्ट भी है, जिसका मैं व्यक्तिगत रूप से आनंद लेता हूं (और एक अतिथि के रूप में इसमें शामिल हुआ हूं)। इस पॉडकास्ट में परंपरागत रूप से ज्यादातर ऑप्टिक्स नर्ड के साक्षात्कार शामिल हैं, लेकिन लोगान मेहमानों के रूप में वैज्ञानिकों के रूप में सभी प्रकार के इंजीनियरों का स्वागत करता है।

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ऑड इंजीनियर पॉडकास्ट पर डॉ. लोगन ग्रेव्स के साथ पूरा साक्षात्कार

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