Politechnika Warszawska Wydział Mechatroniki Instytut

Politechnika Warszawska
Wydział Mechatroniki
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Temat pracy: „Modyfikacja i automatyzacja układu opto-mechanicznego tomografu interferencyjnego”
Thesis title: „The modification and automation of opto-mechanical system of interferometric tomograph”
Autor: Bartłomiej Siwicki
Promotor: prof. dr hab. inż. Małgorzata Kujawińska
Celem pracy była modyfikacja systemu opto-mechanicznego tomografu interferencyjnego,
a w szczególności opracowanie zmodyfikowanej metody justowania i pomiaru oraz ich przyspieszenie
poprzez automatyzację niektórych elementów.
Na potrzeby pracy dokonano przeglądu rozwiązań układów optycznych, służących do pomiaru
współczynnika załamania elementów optycznych, z ukierunkowaniem na światłowody. Ze względu na
dokładność otrzymywanych wyników oraz możliwość automatyzacji systemu, wybrano układ tomografu
bazujący na interferometrze Mach-Zehndera.
Na już istniejącym układzie wykonano wstępne pomiary, przeprowadzono szczegółową analizę
źródeł błędów, mogących mieć wpływ na pomiar i jakość wyników, a także zaproponowano modyfikacje.
Rys. 1 Schemat układu pomiarowego na bazie interferometru
Mach-Zehndera (Górski, 2002)
λ/2 – płytka półfalowa, OB – obiektyw mikroskopowy,
S – sprzęgacz światłowodowy,
O – obiekt badany, KŚ – kostka światłodzieląca,
K – kolimator, CCD – kamera CCD,
PC – komputer PC
Zmieniono koncepcję układu, wymieniając światłowodowe przesyłanie światła na optykę konwencjonalną,
Rys. 2 Schemat układu pomiarowego po modyfikacjach
λ/2 – płytka półfalowa, P – polaryzator, L – soczewka, PZT –
zwierciadło na el. piezoelektrycznym, OB – obiektyw
mikroskopowy, M- zwierciadło, S – sprzęgacz światłowodowy,
O – obiekt badany, KŚ – kostka światłodzieląca, K – kolimator,
CCD – kamera CCD, PC – komputer PC
W czerwonych ramkach zaznaczono elementy wzięte
z poprzedniego układu, lecz z dodaną mechaniką.
dodano stoliki liniowe pod niektóre elementy optyczne, zwierciadło w torze odniesienia zamocowano na
elemencie PZT, a także wymieniono uchwyt światłowodowy, wraz z zespołem stolików go mocujących, na
automatyczny uchwyt obrotowy.
Usprawniono aplikację do akwizycji obrazu. Poprzednia obracała jedynie światłowodem i pobierała
interferogramy. Aktualna umożliwia pomiar z wykorzystaniem dwóch różnych algorytmów – SCPS oraz
TPS, wykonanie pomiaru 2D lub tomograficznego 3D, obliczenia do algorytmu uciąglania fazy włącznie, a
także wizualizację wyników.
Na zmodyfikowanym układzie wykonano serię pomiarów z użyciem dwóch algorytmów – SCPS
oraz TPS. Wykonano ich analizę oraz porównanie wyników z różnych pomiarów. Efektem porównania był
wniosek, iż zastosowanie metody TPS podczas pomiaru tomograficznego światłowodów zapewnia wyniki
lepszej jakości, niż przy zastosowaniu SCPS.
Efektem pracy jest stabilniejszy układ tomografu interferencyjnego, zapewniający dużą
powtarzalność wyników, łatwo się justujący, mający dużo mniejsze straty intensywności światła, a także
umożliwiający pomiar trzykrotnie krótszy niż poprzednio.
Rys. 3 Przykładowy sinogram z pomiaru metodą TPS
Rys. 4 Porównanie wyników uzyskanych metodą SCPS
oraz TPS, po uśrednieniu