Fabricación de instrumentación óptica

en el taller óptico

Fecha: 30 de Septiembre de 2021

José de la Luz Hurtado | Casos | Visto 850 veces

En el taller óptico del Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO), coordinado por la Dirección de Tecnología e Innovación (DTI), se impulsa el desarrollo de capacidades y técnicas en manufactura de componentes ópticos que permitan participar en proyectos de alto impacto a nivel internacional y a su vez dar apoyo a las áreas de investigación del centro, así como la atención a necesidades de la industria local y nacional. El taller óptico cuenta con capacidad de infraestructura y personal altamente capacitado, en manufactura óptica y depósito de películas delgadas, para hacer frente a los grandes retos que involucran el desarrollo de componentes con los estándares más altos de calidad, necesarios para ser competitivos a nivel internacional, permitiendo de esta forma estar a la par de instituciones y compañías de clase mundial.

En el taller óptico, igualmente se realiza la manufactura de componentes especiales para el apoyo al desarrollo de proyectos científicos, proporcionando los componentes y sistemas ópticos requeridos para llevar a cabo procesos de prueba en distintas líneas de investigación como son ingeniería óptica, fotónica, metrología óptica, fibras ópticas y láseres.

Se han unido fuerzas con otras instituciones nacionales, por medio de alianzas para complementar fortalezas y capacidades, para la atracción y desarrollo de proyectos de alto impacto social y tecnológico tanto nacionales como internacionales, lo cual permite enfrentar retos en los campos de la instrumentación y el desarrollo de las ciencias ópticas.

En los últimos años en el CIO se ha trabajado en el desarrollo de las capacidades del taller óptico, con miras a contar con las habilidades y experiencias que permitan participar en proyectos de alto impacto, pero sobre todo en óptica para instrumentación astronómica, las cuales cuentan con especificaciones muy exigentes, para componentes de alta calidad y exigencias en tiempos de entrega, necesarios para ser competitivos a nivel mundial; esto ha provocado que se tengan que realizar cambios y mejoras tanto en maquinarias para ampliar las capacidades, eficiencias y versatilidad de las mismas, sin que esto represente una inversión fuerte para el Centro, así como modificación de los procesos de manufactura para poder manipular los materiales delicados o de gran tamaño, como es el caso de componentes ópticos de diámetros hasta 40 cm en materiales de Fluoruro de Calcio (CaF2), con especificaciones de tolerancias muy estrictas.

Gracias a las competencias adquiridas por el personal de taller óptico, se han realizado proyectos como los denominados:

FRODOSPEC

(Fibre-fed RObotic Dual-beam Optical SPECtrograph)
El espectrógrafo óptico robótico de doble haz alimentado por fibra FRODOSpec es uno de los principales instrumentos construido para su uso en el telescopio robótico Liverpool, de 2m de diámetro, ubicado en La Palma. FRODOSpec es un espectrógrafo de entrada de campo integral multipropósito que fue desarrollado conjuntamente por Southampton y las Universidades de Liverpool y John Moores. El proyecto fue desarrollado conjuntamente por INAOE, el Centro de Investigaciones en Óptica y el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México.

EDIFISE

(Equalized and DIffraction-limited FIeld Spectrograph Experiment)
El proyecto IAC EDIFISE persigue la implementación de un instrumento prototipo que combina óptica adaptativa con espectroscopia bidimensional utilizando fibras ópticas atenuadas. La unidad de alto orden, HOMU, desarrollada por Orbital Critical Systems, se encarga de corregir las perturbaciones atmosféricas de alto orden en la imagen recibida por el telescopio.

Espectrómetro EDIFISE durante las pruebas de funcionamiento en el laboratorio de pruebas ópticas del CIO

MEGARA

MEGARA ofrece una gran versatilidad para el estudio de conglomerados de múltiples fuentes, tales como cúmulos de galaxias, cúmulos estelares o, alternativamente, el estudio detallado de grandes objetos, como los discos de las galaxias o la dinámica de los gases de las nebulosas planetarias. También podrá analizar los supervientos en galaxias como M82 para entender los procesos violentos de formación estelar que los originan. La capacidad de estudiar simultáneamente gran número de fuentes, con alta resolución espectral, concede a MEGARA una potencia no desarrollada hasta ahora por ningún otro instrumento.

El instrumento MEGARA solo realizará espectrografía, no imagen. Proporcionará capacidades únicas para resolver la luz en sus componentes de energía (o colores). Normalmente este tipo de instrumentos únicamente cubren una zona estrecha y alargada del cielo, llamada rendija; sin embargo, MEGARA trabajará en una zona extensa del cielo”. MEGARA permitirá medir el movimiento de estrellas y galaxias con un detalle sin precedentes sin perder la gran capacidad colectora de radiación del GTC. En realidad, cubrirá la necesidad de alta resolución en el espectro visible.

La parte del proyecto desarrollado en el CIO, constó de la manufactura de 8 lentes de ultra precisión, de distintos materiales, entre ellos 4 lentes de Caf2, así como el desarrollo y depósito de las películas delgadas de amplio espectro para el sistema de lentes, y 36 placas y 24 prismas del sistema. Se implementó el proceso de manufactura del fresado, esmerilado y pulido de las superficies, bajo normas estándar militares y normas ISO.

Colimador y cámara MEGARA montados en carrusel para pruebas en sitio GTC

Lente de caf2 de 27 cm de diametro para proyecto megara

Lente de caf2 de 27 cm de diametro para proyecto megara

Lente de caf2 de 27 cm de diametro para proyecto megara

HORUS

HORuS es un espectrógrafo de alta resolución (R=25000) instalado en el telescopio de 10m Gran Telescopio Canarias (GTC). Recoge la luz en el foco Nasmyth, compartido con OSIRIS, usando una matriz de 3x3 microlentes y fibras ópticas (2.1x2.1 segundos de arco) que forman después una pseudo-rendija en la entrada del espectrógrafo. La luz se dispersa con una rejilla de 79 líneas/mm y utiliza tres prismas para dispersión cruzada, proporcionando una cobertura espectral casi continua entre 380 y 690 nm.

Referencia de texto: https://www.iac.es/es/divulgacion/galeria-multimedia/horus-espectrografo-de-alta-resolucion-optica

Prisma horus durante proceso de inspección y limpieza

Prisma horus durante proceso de medición

Igualmente se ha logrado realizar con éxito transferencia tecnológica para la fabricación de miras telescópicas con Industria Militar de la Secretaría de la Defensa Nacional, en la que el CIO estuvo involucrado desde el diseño de dicha mira, hasta las cuestiones de ingeniería de procesos y montaje de la planta de producción en la Ciudad de México.

Además, se ha realizado la manufactura de distintos componentes ópticos para la Fuerza Aérea y la Secretaría de Marina de México.

Dentro de las mejoras en infraestructura y capacidades del taller, se realizó la compra de la máquina de pulido de componentes ópticas por el método CNC, la pulidora ZEEKO IRP400.

Mediante este equipo, ya se han desarrollado trabajos en superficies de radios largos, como son:

  • Pulido de substratos de BK7 de 150 mm.
  • Multibloqueos de piezas de SFN64 de 330 mm.
  • Pulido de una lente súper resolutora de 100 mm.
  • Una superficie paraboloide f/2 de 75 mm.
  • Una placa correctora Schmidt de 150 mm.

Igualmente se compró la evaporadora Denton, con la cual se incrementó la capacidad de depósito de películas delgadas en superficies especulares de hasta 90 cm de diámetro y en depósito de anti reflectoras hasta 35 cm de diámetro, ampliando así la capacidad de respuesta a proyectos con requerimientos en eficiencia en reflectancia para espejos mayor al 99% y en anti reflectoras, no mayor al 0.3%.

En cuestión de pruebas ópticas, se han incrementado las capacidades al usar software que permite realizar la operación denominada Stitching, con la cual se pueden realizar varias medidas por secciones de una superficie de gran tamaño y finalmente reagrupar las mediciones para obtener una topografía completa de la superficie que se está analizando.

Proceso de pulido en maquina zeeko

Evaporadora denton con capacidad de 90cm en diametro para superficies especulares y 35 cm para antirreflectoras

ALGUNOS OTROS TRABAJOS REALIZADOS EN TALLER ÓPTICO DEL CIO

Esfera de zerodur, patron nacional de densidad, para cenam

Esfera de bk7 con redondes de 120 nm. para cenam

Mira telescopica para sedena

Proceso de redondeo de grandes opticas y centrado a eje optico con lase