RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Polimeri fotocromici per lo sviluppo di innovative superfici di riferimento riscrivibili per interferometria

Università di riferimento

INAF - Osservatorio Astronomico di BRERA - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI BRERA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Emilio Carlo Molinari

Descrizione

La progettazione, lo sviluppo e l’ottimizzazione delle prestazioni di ologrammi sintetici (OS) realizzati in materiale fotocromico da usare come lenti di annullamento nella misura interferometrica di fronti d’onda asferici verrà realizzata in stretta collaborazione tra due differenti unità di ricerca (UdR). L’unita’ UdR1 produrrà e caratterizzerà materiali fotocromici adatti allo scopo sopra descritto, mentre l’unità UdR2 li scriverà nel laboratorio ottico per produrre ologrammi sintetici che verranno in seguito usati per testare interferometricamente superfici complesse.

La nostra unità di ricerca è già in grado di fare misure interferometriche su superfici e sistemi ottici. Il nostro laboratorio è equipaggiato di un interferometro di Fizeau a spostamento di fase (Zygo XP GPI 4”), con un fascio collimato da 10 cm. Superfici maggiori possono essere misurate attraverso un espansore di fascio. Questo dispositivo è generalmente usato nelle industrie che lavorano nel campo della fotonica durante il processo di lavorazione delle superfici e, alla fine, per certificare ogni superficie o lente, o l’intero sistema. Il nostro gruppo è attualmente coinvolto in vari progetti di ricerca per lo studio, lo sviluppo e la realizzazione di strumenti ottici, principalmente dedicati all’astronomia. Il nostro interferometro ci permette di testare questi sistemi ottici, di allinearli, valutare le prestazioni di ogni elemento, e ottimizzare quegli elementi che non rispondano alla qualità richiesta.

La nostra esperienza nello sviluppo di telescopi e di strumentazione di piano focale ci ha portato a identificare alcuni nuovi materiali (reticoli olografici a volume di fase, polimeri fotocromici) e nuovi sistemi di produzione (tornitura diamantata, finitura magnetoreologica, lavorazione a fascio di ioni) che possono migliorare le attuali capacità strumentali.

Tra queste, i materiali fotocromici sembrano particolarmente interessanti non solo per la realizzazione di strumenti astronomici, ma anche di strumenti di misura. Questa idea iniziale ci ha condotti a individuare un nuovo concetto, ovvero realizzare un nuovo interferometro dove la normale superficie di riferimento (ad esempio, una finestra piana estremamente precisa a lambda/20) possa essere sostituita con un ologramma sintetico riscrivibile. Il sistema ideale dovrebbe essere capace di scrivere in-situ questo OS in modo da adattarsi automaticamente alle diverse superfici o sistemi ottici in esame.

Il nostro scopo è studiare la fattibilità di questa idea iniziale attraverso pochi passi: (1) studiare e caratterizzare supporti in polimero fotocromico per realizzare ologrammi sintetici; (2) studiare e sviluppare un’opportuna “macchina da scrivere” per OS; (3) studiare e sviluppare un interferometro a ologrammi sintetici per testare alcune superfici complesse, come asferiche comuni o ottiche a forma libera; (4) scrivere i supporti e realizzare alcuni OS capaci di testare alcuni elementi ottici; (5) confrontare i risultati interferometrici ottenuti tramite OS con le misure interferometriche classiche al fine di controllare la precisione, l’accuratezza e la ripetibilità di tali sistema.

Analizziamo in dettaglio queste fasi.

(1) Dopo aver ricevuto uno o più supporti fotocromici dall’UdR1, al fine di studiare come i polimeri fotocromici possano essere usati per realizzare ologrammi sintetici, desideriamo eseguire un insieme completo di misure interferometriche, per determinare la rugosità superficiale e l’omogeneità, per essere sicuri che le proprietà del supporto garantiranno una misura finale accurata. Tali misure verranno eseguite su diversi campioni in modo da garantire che tali proprietà siano riproducibili.

(2) Definiremo, svilupperemo e costruiremo una “macchina da scrivere” per OS, a livello di prototipo. La nostra passata esperienza è stata la realizzazione e il collaudo di un incisore laser motorizzato a controllo computerizzato, chiamato ARATRO; partendo da un’immagine iniziale dell’area di cielo osservata, lo strumento è in grado di scrivere maschere per spettroscopia multi-oggetto. I risultati sono stati verificati sul cielo attraverso lo strumento AFOSC (Osservatorio Astronomico di Asiago). Vogliamo studiare la possibilità di migliorare questo sistema o, eventualmente, costruirne uno nuovo al fine di aumentare la risoluzione spaziale, ovvero la sua funzione di trasferimento. Saranno studiate anche altre soluzioni e, se necessario, saranno costruite. Tra queste, abbiamo identificato alcune macchine a scansione, dette “f-theta”, come quelle usate nelle stampanti laser, che dovrebbero essere facilmente modificate.

(3) Studieremo la migliore configurazione interferometrica con ologrammi sintetici. Vi sono diverse possibilità. Prevediamo di modificare la configurazione interferometrica esistente, e/o costruirne una nuova, come risultato di uno studio comparativo tra i diversi sistemi ottici. Dopo provvederemo a sviluppare i sottosistemi opto-meccanici da montare su banco ottico. Siamo in grado di costruire molti sottosistemi, come dimostrano le nostre precedenti esperienze in questo campo.

(4) Quindi scriveremo i supporti con la nostra “macchina da scrivere”. Vi sono diverse prove sui supporti, una volta scritti: la precisione e la ripetibilità verrà misurata usando una griglia regolare di buchi da confrontare con una griglia di precisione nota. Queste prove iniziali assicureranno la precisione del prodotto finale, ovvero di uno o più ologrammi sintetici.

(5) Al fine di comprendere il funzionamento del sistema, confronteremo i risultati ottenuti attraverso misure interferometriche più classiche con quelli ottenuti attraverso gli OS. Misureremo sia superfici asferiche comuni, quali paraboloidi, ellissoidi, iperboloidi, o asferiche polinomiali, che superfici più complesse come quelle a forma libera. La prima classe di queste superfici verranno controllate e certificate attraverso procedure interferometriche standard, facendo uso del nostro sistema Zygo. Quindi, i risultati verranno confrontati con quelli ottenuti attraverso OS.

Il risultato finale di questo studio sara la realizzazione di uno o più ologrammi sintetici utili per misure interferometriche di superfici di forma complessa, partendo dalle più comuni superfici asferiche per finire con le ottiche a forma libera.