Архив инженерных проектов
Объектив для детектора одиночных фотонов
Задача: различить два иона на расстоянии 5 мкм
ФОТО 01Объектив для системы регистрации резонансной флуоресценции ионов кальция.
Исходная задача
Различить два иона в квантовой вычислительной установке
Заказчику требовалась оптическая система для квантовой вычислительной установки. Она должна была собирать свет резонансной флуоресценции на длине волны 396,959 нм и формировать на матрице раздельные изображения двух ионов кальция. Расстояние между ионами в предметной плоскости составляло 5 мкм.
ТЗ задавало числовую апертуру 0,45, поле 400 мкм и увеличение 15 крат. Приемник имел активную область 6 × 6 мм и пиксель 6,5 мкм. Эти исходные данные связали оптический расчет с геометрией реальной установки.
Паспорт требований
Ключевые параметры
Параметры приведены как требования технического задания, а не как протокол измерений готовой системы.
| Параметр | Требование ТЗ |
|---|---|
| Рабочая длина волны | 396,959 нм |
| Числовая апертура | 0,45 |
| Расстояние между ионами | 5 мкм в предметной плоскости |
| Поле в предметной плоскости | 400 мкм |
| Линейное увеличение | 15 крат |
| Приемник | 6 × 6 мм, пиксель 6,5 мкм |
| Окна в оптическом тракте | Три окна вакуумной и криогенной частей установки |
| Целевое пропускание | Не менее 85% на 396 нм |
Оптический расчет
Три окна вошли в оптический расчет
Между объектом и объективом находились три окна. Два окна из плавленого кварца имели толщину 2 мм, окно из боросиликатного стекла Kodial 7056 имело толщину 8 мм. Их материалы, толщины и положение вошли в расчет, поскольку каждая пластина в расходящемся пучке вносит аберрации.
Команда рассчитала систему линз, оценила детектируемую энергию и переработала объектив после уточнения показателей преломления и допусков. Обновленные чертежи передали в изготовление, затем подготовили измененные линзы и механические детали.
ТЗ предусматривало просветление на рабочей длине волны. Целевое пропускание составляло не менее 85% на 396 нм.
МОДЕЛЬ 01Оптомеханика
Механика связала две плоскости установки
В установке предметная плоскость находилась горизонтально, а плоскость изображения располагалась вертикально. Команда включила в тракт поворотное зеркало на юстируемой оправке. Конструкция предусматривала ручную настройку положения и углов, сменный интерференционный фильтр перед матрицей и светозащитный экран.
Для перемещения объектива разработали моторизованную стойку на линейных направляющих. Ее механика должна была менять положение оптической системы по командам с компьютера и сохранять фокусировку. В проект вошли 3D-модель, рабочие чертежи, крепление объектива, стойка и детали, часть которых изготовили гидроабразивной резкой.
ФОТО 02Чистая сборка
Оптический узел собрали в чистом помещении
Оптический узел собрали в чистом помещении ISO 6. На фотографиях видны работа с крупноапертурным оптическим элементом и собранный корпус объектива перед объединением с механической системой.
Механику и оптическую часть дорабатывали параллельно. После уточнения допусков команда обновила линзы, изготовила новые детали и повторно собрала узлы. Готовый объектив объединили с механикой, подготовили защитный кейс и отправили заказчику.
ФОТО 03
ФОТО 04Результат
Объектив и механическая система переданы заказчику
Команда передала заказчику объектив и механическую систему для включения в экспериментальную установку. Проект охватил оптический расчет, корректировку объектива после уточнения материалов, разработку моторизованной механики, изготовление деталей и чистую сборку.
Внутри единого инженерного цикла задача прошла этапы прототипирования и изготовления и сборки.
ФОТО 05Обсудить похожую задачу
Пришлите техническое задание, параметры объекта и приемника или описание экспериментальной установки. Команда изучит задачу и предложит состав расчета, прототипирования и изготовления.