Alineamiento de pasos ópticos extensos, basados en una rejilla de diffraction de fase desenfocadora

Abstract

In a long baseline stellar interferometer, the optical beams are guided over several hundred meters by steering mirrors and generally propagated under vacuum. There is an urgent requirement to provide a simple mechanism through which the individual optical elements can be well positioned and aligned without breaking the vacuum. This thesis presents the results of design and fabrication, by interferometric methods, of a passive device that permits the alignment of long and complex optical paths such as the one described above. The device consists of a distorted phase diffraction grating recorded onto holographic film, in which the distortion gives the ability to capture multiple objects located longitudinally along the optical axis onto a single image plane. So, if each optical element to be aligned is provided with a reference objects, the system may be found to be aligned when the images of all the reference objects are simultaneously located on a single image plane. A simulator was constructed to prove the concept described, resulting in an initial system alignment precision of approximately 10%, nevertheless the precision can be improved if the system is adjusted in order to use grating with greater defocus.

En la línea base de un interferómetro estelar, el haz óptico es guiado varios cientos de metros a través de espejos directores y generalmente propagado dentro de un vacío. Hay un requerimiento urgente de proveer un mecanismo simple mediante el cual los elementos ópticos puedan ser individualmente bien posicionados y alineados sin tener que interrumpir el vacío. Se presentan en esta tesis los resultados del diseño y fabricación, por métodos interferométricos, de un dispositivo pasivo que permite el alineamiento de pasos ópticos tan extensos y complejos como el descrito anteriormente. El dispositivo consite de una rejilla de difracción de fase distorsionada, grabada sobre una película holográfica, en la cual la distorsión le da la habilidad de capturar múltiples objetos, ubicados longitudinalmente a lo largo del eje óptico, sobre un sólo plano imagen. Por tanto, si para cada elemento óptico a ser alineado esta provisto con un objeto de referencia, podemos determinar cuando el sistema esta bien alineado si las imágenes de todos los objetos pueden ser simultáneamente capturadas sobre un sólo plano imagen. Un simulador fue construido a fin de probar el concepto descrito, resultando en un inicial sistema de alineamiento con una precisión de aproximadamente 10%, claro está que se puede mejorar la precisión si se ajusta el arreglo a fin de utilizar rejillas con mayor poder de desenfocamiento.