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Experimentan técnicas ópticas para verificar la calidad de lentes de uso científico

El doctor en óptica José de Jesús Villa Hernández, miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), afirmó que trabaja en este proyecto con el becario del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), Gustavo Adolfo Rodríguez Reveles.
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Fecha de publicació: 14/03/2017, 13:52 h | (31) veces leída
En la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAIE-UAZ), un equipo de investigadores experimenta con diferentes técnicas ópticas para realizar pruebas que verifiquen la calidad de superficies ópticas, tales como espejos y lentes de una manera económica y precisa. 
El doctor en óptica José de Jesús Villa Hernández, miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), afirmó que trabaja en este proyecto con el becario del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), Gustavo Adolfo Rodríguez Reveles.
Villa Hernández informó en entrevista que el equipo trabaja en el desarrollo de este proyecto desde 2013. Los resultados de sus investigaciones han sido publicados en la revista Journal of the Optical Society of America A (JOSA A), Vol. 31, titulado “Faucault test: shadowgram modeling from the physical theory for quantitative evauations”, el segundo en The Optical Society (OSA) Publishing, bajo el título de “Regularized quadratic cost-function for integrating wave-front gradient fields”.  
Por su parte, Gustavo Adolfo Rodríguez Reveles explicó que los espejos y las lentes son partes fundamentales de muchos aparatos de uso cotidiano como cámaras fotográficas, cámaras de celular, proyectores, anteojos, así como una enorme cantidad de instrumentos especializados, entre los que destacan los telescopios, microscopios e interferómetros.
“La diferencia principal radica en que para el caso de los aparatos de uso cotidiano no resulta indispensable que sus espejos y/o lentes constituyentes sean prácticamente perfectos para que su desempeño sea el adecuado; el caso contrario ocurre con los instrumentos especializados, sobre todo si hablamos, por ejemplo, del espejo primario de un telescopio óptico, la superficie reflectora no debe presentar aberraciones —defectos— mayores a una longitud de onda, correspondiente a una fracción de micra, para que el instrumento alcance un desempeño óptimo. Por esta razón es que resulta de suma importancia para la ciencia e industria el acceso a los medios necesarios para efectuar mediciones precisas de tales órdenes de magnitud”, describió.
El estudiante de doctorado en ciencias de la ingeniería de la UAZ (DOCII), adscrito al Programa Nacional de Posgrados de Calidad (PNPC), expuso que en la actualidad los interferómetros constituyen el estado del arte en instrumentos de laboratorio para la realización de mediciones ópticas de alta precisión, son los dispositivos con los que regularmente se efectúan pruebas de esta índole alrededor del mundo.
“Los interferómetros son los instrumentos estándar utilizados para determinar el grado de calidad de espejos y lentes ópticos; sin embargo, los costos asociados a la adquisición de algún modelo comercial reciente de este tipo de aparatos son sumamente altos, hablamos de cientos de miles o incluso millones de pesos. Afortunadamente, en México existe una institución que cuenta con uno de estos dispositivos, el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) de Guanajuato, con quien mantenemos una colaboración directa con el objetivo de tener la posibilidad de realizar esta clase de pruebas y así validar nuestros resultados”.
Rodríguez Reveles informó que aunque es posible implementar o construir un aparato de laboratorio de estas características que utilice un láser y un complejo arreglo de lentes y espejos, el creador debe tener en cuenta que cada elemento que conforma el sistema óptico exige un alineamiento con precisión submilimétrica, lo que incrementa notablemente la posibilidad de introducir errores mecánicos y humanos en las mediciones, lo que no solo implica que el dispositivo final sea considerablemente costoso, sino que además también resulte poco práctico.
Pruebas experimentales económicas y sencillas
Explicó que el objetivo del equipo no es proponer una metodología capaz de superar o sustituir los sistemas interferométricos, sino valerse de las ventajas de las pruebas de calidad ópticas clásicas de antaño en las que la implementación del aparato de pruebas experimental y su posterior ejecución práctica resultan de lo más económicas y sencillas posibles.
“Al contrario de lo que ocurre con la interferometría, los problemas o inconvenientes que presentan estas técnicas no son de tipo económico o práctico, toda su dificultad recae en la capacidad que se tenga tanto para interpretar los patrones de sombras que producen de manera no trivial, como para posteriormente estimar con precisión el perfil real del frente de onda producido por la pieza analizada a partir de dicha información cuantitativa. Lo que hacemos es diseñar algoritmos matemáticos, es decir, códigos o programas de computadora, que precisamente tienen como propósito dar respuesta a estos problemas”, describió.
¿En qué consisten las técnicas de Schlieren?
El maestro en ciencias de la ingeniería manifestó que las dos técnicas que el equipo ha implementado y procesado computacionalmente forman parte de las técnicas de Schlieren, una familia de pruebas ópticas de características similares que tienen su producción de patrones de intensidad de iluminación —luz y sombras— con características definidas.
“Las técnicas son la prueba de la navaja de Foucault —que se realiza con una navaja de afeitar común— y la prueba de la rejilla de Ronchi —efectuada con una rejilla de onda cuadrada de alta frecuencia—, en ambos casos, la imagen reflejada de una diminuta fuente luz producida por la superficie óptica bajo estudio se ve alterada al pasar a través del filtro de modulación —navaja o rejilla—, estos son precisamente los patrones de intensidad que son procesados digitalmente en la computadora”, explicó.
Con estas dos metodologías, el equipo ha sido capaz de caracterizar un espejo asférico de telescopio de 15 centímetros con una precisión similar a la alcanzada por los sistemas interferométricos modernos.
“A diferencia de los espejos de salón que utilizamos a diario, a nivel macroscópico podemos decir que son aproximadamente planos, los espejos ópticos cóncavos presentan un perfil superficial con una curvatura muy delicada y extremadamente precisa, que generalmente es esférica, parabólica o hiperbólica. Con nuestras metodologías buscamos determinar qué tan perfecta es la curvatura real de la pieza analizada a través de mediciones indirectas con precisión submicrométrica, un logro que hasta ahora solo los dispositivos interferométricos son capaces de alcanzar”, detalló.

En la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAIE-UAZ), un equipo de investigadores experimenta con diferentes técnicas ópticas para realizar pruebas que verifiquen la calidad de superficies ópticas, tales como espejos y lentes de una manera económica y precisa. 

El doctor en óptica José de Jesús Villa Hernández, miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), afirmó que trabaja en este proyecto con el becario del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), Gustavo Adolfo Rodríguez Reveles.

Villa Hernández informó en entrevista que el equipo trabaja en el desarrollo de este proyecto desde 2013. Los resultados de sus investigaciones han sido publicados en la revista Journal of the Optical Society of America A (JOSA A), Vol. 31, titulado “Faucault test: shadowgram modeling from the physical theory for quantitative evauations”, el segundo en The Optical Society (OSA) Publishing, bajo el título de “Regularized quadratic cost-function for integrating wave-front gradient fields”.  

Por su parte, Gustavo Adolfo Rodríguez Reveles explicó que los espejos y las lentes son partes fundamentales de muchos aparatos de uso cotidiano como cámaras fotográficas, cámaras de celular, proyectores, anteojos, así como una enorme cantidad de instrumentos especializados, entre los que destacan los telescopios, microscopios e interferómetros.

“La diferencia principal radica en que para el caso de los aparatos de uso cotidiano no resulta indispensable que sus espejos y/o lentes constituyentes sean prácticamente perfectos para que su desempeño sea el adecuado; el caso contrario ocurre con los instrumentos especializados, sobre todo si hablamos, por ejemplo, del espejo primario de un telescopio óptico, la superficie reflectora no debe presentar aberraciones —defectos— mayores a una longitud de onda, correspondiente a una fracción de micra, para que el instrumento alcance un desempeño óptimo. Por esta razón es que resulta de suma importancia para la ciencia e industria el acceso a los medios necesarios para efectuar mediciones precisas de tales órdenes de magnitud”, describió.

El estudiante de doctorado en ciencias de la ingeniería de la UAZ (DOCII), adscrito al Programa Nacional de Posgrados de Calidad (PNPC), expuso que en la actualidad los interferómetros constituyen el estado del arte en instrumentos de laboratorio para la realización de mediciones ópticas de alta precisión, son los dispositivos con los que regularmente se efectúan pruebas de esta índole alrededor del mundo.

“Los interferómetros son los instrumentos estándar utilizados para determinar el grado de calidad de espejos y lentes ópticos; sin embargo, los costos asociados a la adquisición de algún modelo comercial reciente de este tipo de aparatos son sumamente altos, hablamos de cientos de miles o incluso millones de pesos. Afortunadamente, en México existe una institución que cuenta con uno de estos dispositivos, el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) de Guanajuato, con quien mantenemos una colaboración directa con el objetivo de tener la posibilidad de realizar esta clase de pruebas y así validar nuestros resultados”.

Rodríguez Reveles informó que aunque es posible implementar o construir un aparato de laboratorio de estas características que utilice un láser y un complejo arreglo de lentes y espejos, el creador debe tener en cuenta que cada elemento que conforma el sistema óptico exige un alineamiento con precisión submilimétrica, lo que incrementa notablemente la posibilidad de introducir errores mecánicos y humanos en las mediciones, lo que no solo implica que el dispositivo final sea considerablemente costoso, sino que además también resulte poco práctico.

Pruebas experimentales económicas y sencillas

Explicó que el objetivo del equipo no es proponer una metodología capaz de superar o sustituir los sistemas interferométricos, sino valerse de las ventajas de las pruebas de calidad ópticas clásicas de antaño en las que la implementación del aparato de pruebas experimental y su posterior ejecución práctica resultan de lo más económicas y sencillas posibles.

“Al contrario de lo que ocurre con la interferometría, los problemas o inconvenientes que presentan estas técnicas no son de tipo económico o práctico, toda su dificultad recae en la capacidad que se tenga tanto para interpretar los patrones de sombras que producen de manera no trivial, como para posteriormente estimar con precisión el perfil real del frente de onda producido por la pieza analizada a partir de dicha información cuantitativa. Lo que hacemos es diseñar algoritmos matemáticos, es decir, códigos o programas de computadora, que precisamente tienen como propósito dar respuesta a estos problemas”, describió.

¿En qué consisten las técnicas de Schlieren?

El maestro en ciencias de la ingeniería manifestó que las dos técnicas que el equipo ha implementado y procesado computacionalmente forman parte de las técnicas de Schlieren, una familia de pruebas ópticas de características similares que tienen su producción de patrones de intensidad de iluminación —luz y sombras— con características definidas.

“Las técnicas son la prueba de la navaja de Foucault —que se realiza con una navaja de afeitar común— y la prueba de la rejilla de Ronchi —efectuada con una rejilla de onda cuadrada de alta frecuencia—, en ambos casos, la imagen reflejada de una diminuta fuente luz producida por la superficie óptica bajo estudio se ve alterada al pasar a través del filtro de modulación —navaja o rejilla—, estos son precisamente los patrones de intensidad que son procesados digitalmente en la computadora”, explicó.

Con estas dos metodologías, el equipo ha sido capaz de caracterizar un espejo asférico de telescopio de 15 centímetros con una precisión similar a la alcanzada por los sistemas interferométricos modernos.

“A diferencia de los espejos de salón que utilizamos a diario, a nivel macroscópico podemos decir que son aproximadamente planos, los espejos ópticos cóncavos presentan un perfil superficial con una curvatura muy delicada y extremadamente precisa, que generalmente es esférica, parabólica o hiperbólica. Con nuestras metodologías buscamos determinar qué tan perfecta es la curvatura real de la pieza analizada a través de mediciones indirectas con precisión submicrométrica, un logro que hasta ahora solo los dispositivos interferométricos son capaces de alcanzar”, detalló.





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