As tecnologias inovadoras são a chave para enfrentar alguns dos principais desafios da sociedade - e muitas dessas tecnologias têm um sistema óptico em seu núcleo. Os exemplos incluem sistemas de litografia de semicondutores projetados para criar microchips cada vez menores e mais eficientes em termos de energia, sistemas de observação terrestre de alta resolução baseados em satélite, e pesquisa básica no campo da detecção de ondas gravitacionais. No reino da ótica, Contudo, mesmo as menores imperfeições podem levar à dispersão da luz, o que causa uma redução no contraste e um menor rendimento de luz. Os sistemas ópticos de hoje, portanto, contam com design otimizado e inspeção abrangente de toda a superfície dos componentes ópticos. Para alcançar isto, o Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Engenharia de Precisão IOF está desenvolvendo técnicas de medição de espalhamento de luz que podem detectar luz espalhada indesejada.

A qualidade da superfície de uma superfície óptica é a chave para atingir o nível necessário de qualidade de imagem. Nenhuma superfície está totalmente isenta de imperfeições. Mesmo os cristais - que chegam muito perto de representar um sólido ideal - exibem defeitos e falhas. Obter o equilíbrio certo já na fase de design óptico requer especificações detalhadas em uma série de áreas, incluindo a extensão dos pontos imperfeitos na superfície que é considerada aceitável e o grau em que quaisquer revestimentos necessários e outros fatores podem influenciar esses valores.

Esses dados podem ser fornecidos pela Fraunhofer IOF, que desenvolve uma ampla gama de sistemas de medição de espalhamento de luz e sensores, bem como os respectivos métodos analíticos e modelos de espalhamento de luz. Essas ferramentas podem ser usadas para aplicar um revestimento virtual, permitindo que os cientistas façam previsões de dispersão de luz antes que a produção ocorra. Eles também abrem o caminho para a caracterização em linha de óptica complexa - em outras palavras, realizar inspeção automatizada e análise completa de uma superfície com base em seus conjuntos de dados de projeto e construção.

"Essas ferramentas podem ajudar a obter o equilíbrio ideal entre custos de fabricação e benefícios úteis. As ópticas usadas em satélites são um bom exemplo. O desafio aqui é produzir várias ópticas do mesmo tipo - por exemplo, como um modelo de voo, reiniciar o módulo etc. - enquanto opera nos limites do que é tecnicamente viável em um ambiente de produção, em particular para aplicações em comprimentos de onda curtos. É por isso que é tão importante contar com dados robustos e significativos, análises em linha oferecidas por técnicas de medição de espalhamento de luz, "diz Marcus Trost, que chefia o grupo de caracterização da Fraunhofer IOF.

A técnica de medição de dispersão de luz oferece benefícios claros

As imperfeições da superfície são tradicionalmente medidas por microscopia, interferometria ou métodos táteis que envolvem sondar a superfície com uma agulha de diamante. Essas técnicas são muito demoradas e caras, Contudo. Para superfícies lisas, os sistemas de medição de espalhamento de luz já oferecem uma alternativa experimentada e testada que combina alta sensibilidade com rapidez, medições sem contato. O que mais, eles não são suscetíveis a vibrações, tornando-os uma opção altamente robusta. Como um exemplo, levaria mais de 40 anos para inspecionar toda a superfície de um espelho de 60 centímetros de diâmetro com um microscópio de força atômica, ainda assim, técnicas de espalhamento de luz podem ser usadas para fazer o mesmo trabalho em apenas algumas horas.

Isso torna este método uma boa escolha para atender aos requisitos cada vez mais exigentes da indústria e da pesquisa de componentes ópticos. Também permite atender a elevados padrões funcionais e de qualidade, otimizando custos e tempos de produção. A Fraunhofer IOF já atende à demanda internacional por caracterização óptica de produtores de sistemas ópticos, e também construiu uma sólida rede de experiência no "Vale da Óptica" da Alemanha, um cluster de empresas de alta tecnologia na região de Jena.

As missões de satélite já estão se beneficiando

A Fraunhofer IOF já contribuiu com sua experiência para a fabricação e otimização de uma série de ópticas de satélite, incluindo o Programa de Mapeamento e Análise Ambiental do Centro Aeroespacial Alemão (EnMAP). A partir deste ano, este projeto visa compilar as informações espectralmente resolvidas mais detalhadas já adquiridas em ecossistemas na superfície da Terra. As habilidades do Fraunhofer IOF também foram aplicadas às aplicações multiespectrais de observação da Terra que fazem parte do programa Sentinel da Agência Espacial Europeia. A ESA também vai lançar um novo telescópio ao espaço este ano:o telescópio espacial Euclid fará um novo levantamento dos confins do universo, abrindo o caminho para novos insights sobre matéria escura e energia escura.

Pronto para ser integrado à produção

Ao contrário das técnicas tradicionais de medição, este método não é sensível a vibrações, facilitando sua incorporação nos processos de produção. Como um exemplo, A Fig. 2 mostra a integração de um sensor compacto de espalhamento de luz em um torno de diamante de ultraprecisão, especialmente desenvolvido para a caracterização rápida e flexível de rugosidade e defeitos. Isso permite que a caracterização da rugosidade da superfície seja realizada em linha no processo de fabricação e ainda permite que os parâmetros do processo sejam modificados conforme necessário.

Os sistemas de medição Fraunhofer IOF também atendem aos critérios do projeto do farol Fraunhofer "Enxames hierárquicos como arquitetura de produção com utilização otimizada (SWAP)". Este projeto visa identificar novos conceitos tecnológicos para moldar o futuro da produção. Seu foco principal é a mudança do processamento tradicional de peças em uma sequência definida de processos para uma produção mais colaborativa e (semi) autônoma.