|
|
Measurement of real-time gigacycle fatigue through real-time interferometry
Lazar, Josef ; Holá, Miroslava ; Hrabina, Jan ; Číp, Ondřej
We present an interferometric method for measurement of strain induced deformation of metal samples in experiments inducing high-cycle fatigue. The motivation is to get real-time information about the deformation of a metal sample under test, its elongation imposed by fast vibrating actuator. Fatigue of materials is a process of degradation of a material due to repeated application of forces which includes nucleation and propagation of cracks and leads to the failure of the component. It may appear in all parts of machines or structures which rotate, vibrate, are repeatedly loaded, are subjected to temperature gradients etc., so statistically, fatigue is implied in about 80% of all industrial failures.
|
|
|
Optické diagnostické metody v energetice
Hrabina, Jan
Práce se zabývá možnostmi bezkontaktní diagnostiky spalovacího procesu v uhelných elektrárnách na bázi metod laserové spektroskopie, jejíž výsledky následně mohou sloužit k optimalizaci tohoto spalování. Tím lze dosáhnout jak množství vypouštěných škodlivin, tak zvýšení účinnosti spalování a redukci výrobních nákladů za elektřinu.
|
|
|
Souřadnicový interferometrický systém pro odměřování polohy vzorku elektronového litografu
Holá, Miroslava ; Lazar, Josef ; Čížek, Martin ; Řeřucha, Šimon ; Číp, Ondřej
Tento projekt se nazývá „Platforma pokročilých mikroskopických a spektroskopických technik pro nano a mikrotechnologie“. Řešitelem tohoto projektu je Vysoké učení technické v Brně/Fakulta strojního inženýrství a spoluřešitelé jsou ON Semiconductor Czech republic, s.r.o., Optaglio s.r.o., Tescan Brno, s.r.o. a Ústav přístrojové techniky AVČR, v.v.i.. V rámci tohoto projektu pracujeme na návrhu interferometrického odměřovacího systému, laserového zdroje a detekční techniky pro souřadnicové odměřování stolu elektronového litografu.
|
|
|
Interferometrický odměřovací systém pro elektronový litograf
Řeřucha, Šimon ; Šarbort, Martin ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Spolehlivost zápisu rozsáhlých struktur pomocí elektronového litografu je do velké míry závislá na přesném řízení polohy posuvného stolku se substrátem. Typicky je pro tuto úlohu využíváno optického odměřování pomocí laserových interferometrů, které poskytuje požadovanou úroveň přesnosti. Této přesnosti dosahuje za cenu využití složité optické sestavy, která díky nárokům na přesnost a robustnost v důsledku představuje netriviální navýšení ceny elektronového litografu jako výsledného produktu. V rámci spolupráce jsme se zaměřili na návrh a ověření optimalizovaného měřicího systému, který poskytne srovnatelnou přesnost a zároveň bude robustnější a cenově efektivnější. Jádrem optimalizace je v zásadě přesun zpracování interferenčního signálu z optické oblasti do oblasti výpočetní. V našem případě se jedná zejména o využití alternativní interferometrické detekční techniky, která využívá kontinuálně frekvenčně modulovaný laserový zdroj v kombinaci se zjednodušeným optickým systém. Výstupem optické soustavy je v obou případech dvojice fázových signálů, které v kvadraturní formě reprezentují hodnotu interferenční fáze. Požadavky na odměřovací systém jsou následující: nejistota měření menší než 2,5 nm, rozsah měření 100 mm, odezva systému 10 kHz. Navíc je vyžadováno využití jiné než viditelné vlnové délky z důvodů interference se scintilátory litografu. Pro účely ověření metody je použita optická sestava. Jako zdroj je využit kompaktní laserový modul RIO Orion (Rio Redfern Integrated Optics Inc.), založený na stabilizované DFB diodě, frekvenčně modulovaný změnou čerpacího proudu. Výstup z interferometrické sestavy je snímán dvěma detekčními systémy: jedním je standardní homodynní detekce, druhým je nová testovaná metoda. Toto uspořádání umožňuje srovnat vyhodnocení různými detekčními technikami a přitom, díky sdílené optické trase, eliminovat vnější vlivy, které mohou mít na přesné vyhodnocení výrazný vliv.
|
|
|
Stanice pro LIDT testy optických komponentů při kryogenních teplotách
Oulehla, Jindřich
Na Ústavu přístrojové techniky jsme se začali zabývat přípravou vrstev, které mohou být použity na optických komponentech ve vysokovýkonových laserových zařízeních. V takovýchto zařízeních jsou instalovány diodami čerpané pevnolátkové pulsní lasery (DPSSL) vyžadující použití různých optických komponentů schopných odolat poměrně vysokým hodnotám plošné hustoty energie. Při provozu takovýchto laserů vzniká velké množství odpadního tepla a je tedy nutné použít kryogenní chlazení. Cílem naší snahy je zkompletování experimentální sestavy schopné testovat různé typy vzorků jak za pokojové, tak za kryogenní teploty. Pro tyto účely je v současné době kompletována experimentální sestava s vakuovou komorou, uvnitř které je umístěn testovaný vzorek a je tak chráněn před kontaminací. Jako zdroj laserového záření používáme Nd:YAG laser o vlnové délce 1064nm a maximální energii v pulsu cca 650mJ. Tyto experimenty jsou doplňkem k naší hlavní činnosti, jíž jsou návrh a výroba optických filtrů pomocí vakuového napařování interferenčních vrstev. Jsme schopni deponovat různé materiály v závislosti na aplikaci. Nejběžnější kombinací je TiO2/SiO2, dále používáme například Ta2O5, Al2O3, HfO2 a jiné. Aplikacemi jsou interferenční filtry pro viditelnou, blízkou UV a blízkou IR oblast světelného spektra. Jako příklady námi navrstvených filtrů lze uvést antireflexní vrstvy, barevné (dichroické) filtry, hradící a pásmové filtry, děliče světla, tepelné filtry, polarizátory, nepolarizující děliče, apod. Disponujeme zcela novou napařovací aparaturou od firmy Leybold Optics, která značně rozšířila naše stávající výrobní možnosti. Aparatura je vybavena dvěma elektronovými děly a dále pak iontovým zdrojem pro Plasma Ion Assisted Deposition. Díky této technologii jsme schopni deponovat například zrcadla s řízenou dispersí, monochromatické filtry nebo hradící filtry s velmi ostrou hranou.
|
|
|
Interferometrický systém pro souřadnicové odměřování
Lazar, Josef ; Holá, Miroslava ; Hrabina, Jan ; Oulehla, Jindřich ; Číp, Ondřej ; Vychodil, M. ; Sedlář, P. ; Provazník, M.
Interferometrické měřicí systémy představují nejpřesnější nástroj pro měření geometrických veličin a to nejen z pohledu komerční dostupnosti na trhu, ale z pohledu základní metrologie, fyzikálních principů a limitů a současné platné definice délky. Nalézají uplatnění všude, kde přesnost, rozlišení a také rozsah a dynamika měření představuje nejvyšší prioritu. Základní konfigurace laserového interferometru pro měření délek představuje laserový zdroj záření s vysokou koherencí se stabilizací frekvence, optika interferometru s polarizační separací svazků v měřicí a referenční dráze, detekční systém, elektronika a software pro zpracování a vyhodnocení signálů a systém pro kompenzaci vlivu indexu lomu prostředí. Konstrukce vlastního laserového zdroje vycházela z použitého laseru – Nd:YAG laseru se zdvojnásobením optické frekvence. Výstup z laseru je dělen na malou část využitou ke stabilizaci a většina je vyvedena do kolimátoru s příslušným počtem stupňů volnosti pro justáž vyvázání do optického vlákna. Kyveta z borosilikátového skla je součástí skříně. Její délka postačí díky silným absorpčním čarám na této vlnové délce malá. Má 10 cm a je ve skříni z prostorových důvodů umístěna rovnoběžně s laserem. Detekce absorpčních čar je realizována formou lineární absorpční spektroskopie. Navržené řešení využívá techniku pomalého ladění v okolí maxima absorpce s reverzací směru ladění v okamžiku poklesu detekované absorpce. Funkčnost základního uspořádání sestavy interferometrického měřicího systému byla ověřována na sestavě složené z části z komerčních optických komponentů. Sestavení funkčního interferometru obsahujícího všechny základní prvky, včetně stabilizovaného laseru, optiky a elektroniky bylo mimo jiné motivováno účastí spoluřešitele – firmy Meopta - optika, s.r.o. na veletrhu LASER 2013 v Mnichově.
|
|
|
Laserové standardy pro interferometrii a přenos přesných frekvencí
Hrabina, Jan
Reference optických kmitočtů – absorpční kyvety – představují unikátní nástroj k frekvenční stabilizaci laserů. V kombinaci s vhodně zvolenými detekčními metodami dovolují dosažení ultimátních vlastností laserových systémů a proto jsou pomocí laserové spektroskopie ve vybraných plynech definovány a realizovány laserové normály délky pracující na řadě vybraných optických kmitočtech. Při použití takto stabilizovaného laseru pro přesné měření vzdáleností (laserová interferometrie) je tak zaručena přímá metrologická návaznost měření na základní normál. S výrobou absorpčních kyvet má ÚPT AV ČR bohaté zkušenosti. Díky mnohaletému vývoji technologie přípravy a plnění superčistých absorpčních plynů patří toto pracoviště na první místo ve světové špičce tohoto oboru. Kyvety plněné nejrůznějšími absorpčními médii (I2, Cs, Rb, 13C2H2, vzácné prvky a další) dodáváme do metrologických institucí po celém světě.
|
|
|
Studium chování proudění vzduchu přes délkový šum při interferometrickém měření
Holá, Miroslava
Měřit s nanometrovou přesností je v posledních deseti letech klíčová výzva, které se objevila v oblasti metrologie délky. Mezinárodní projekt s názvem „NANOTRACE“, který sdružuju renomované laboratoře EU, se snažil prolomit limity rozlišení v laserové interferometrii. Metody, které byly zkoumané, prokázaly, že lze dosáhnout významného zlepšení v rozlišení laserové interferometrie. Navrhované nanometrologické systémy si kladou za cíl zvýšit rozlišení a najít cesty, jak potlačit zdroje nejistot v měření a to do subnanometrové oblasti. Za předpokladu měření v atmosféře patří fluktuace indexu lomu vzduchu mezi největší zdroje nejistot při interferometrickém měření. Měření polohy v omezeném rozsahu je typické pro souřadnicové měřící systémy. V nanometrologii je takovým standardem mikroskop skenující sondou s přesným odměřováním polohy. Proto jsme se rozhodli rozšířit koncept kompenzace fluktuací indexu lomu vzduchu přes sledování optické délky uvnitř měřícího rozsahu interferometru měřícího vzdálenost. Námi navržený systém je kombinací refraktometru spolu s interferometrem kde v prvním případě vyhodnocujeme úroveň nejistoty délkového šumu dvou měřících svazků, který představuje fluktuace indexu lomu vzduchu. A v druhém případě jsme se zabývali změnami indexu lomu (délkového šumu) v závislosti na změně měřícího ramene.
|
|
|
Pokročilé interferometrické systémy pro měření v nanotechnologiích
Lazar, Josef ; Hrabina, Jan ; Holá, Miroslava ; Vychodil, M.
Příspěvek popisuje výsledky společného projektu ÚPT a firmy Meopta – optika zaměřeného na vývoj interferometrických systémů pro měření v nanotechnologiích. Na ÚPT AV ČR jde o navázání na výsledky výzkumu na poli interferometrického měření vzdáleností a laserů s vysokou koherencí, stabilizace optické frekvence laserů a laserové metrologie. Jde o výzkumné práce zaměřené na průmyslovou interferometrii a v součinnosti s firmou Meopta - optika, s.r.o. o předání potřebného know-how pro přípravu výroby. Náplň projektu je zaměřená na výzkum technologie výroby, metodiky interferometrického měření, stabilizace frekvence laserových zdrojů záření, detekčních systémů interferenčního signálu, zpracování signálů, vše s důrazem na přesnost a rozlišení primárně pro měření v nanosvětě. Cílem společného úsilí je komplexní interferometrický měřicí systém v podobě funkčního vzoru, který bude sloužit jako východisko pro výrobu. Půjde o modulární rodinu komponentů konfigurovatelných pro různé sestavy využití především pro víceosé měření v nanotechnologiích a testování povrchů.
|
|
|
LIDT testy optických komponentů při kryogenních teplotách
Oulehla, Jindřich
Na Ústavu přístrojové techniky jsme se začali zabývat přípravou optických komponentů pro vysokovýkonová laserová zařízení, jako jsou např. ELI nebo HiLASE. V těchto zařízeních budou instalovány diodami čerpané pevnolátkové pulsní lasery (DPSSL) vyžadující použití různých optických komponentů schopných odolat poměrně vysokým hodnotám plošné hustoty energie. Při provozu takovýchto laserů vzniká velké množství odpadního tepla a je tedy nutné použít kryogenní chlazení. Cílem naší snahy je zkompletování experimentální sestavy schopné testovat různé typy vzorků jak za pokojové, tak za kryogenní teploty.
|
host ::
RSS.