Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

A study of mechanical and thermal stability of passive optomechanical systems

Karolina Marta Paciorek

Abstract

This work presents an analysis of the optomechanical system employed by the company InPhoTech. The analysis is based on examining tolerances of the system’s degrees of freedom with the use of two different optomechanical elements. The results of the study are presented in relation to the maximum power value of the output signal in a correctly adjusted system. At first the theoretical problems were introduced: system aligning, adjusting the elements on one axis, minimizing signal losses during propagation. Following the elements were described. The next part concerns the methodology and results of the research divided into two main parts: the measurements involving an element with a lens permanently attached to the metal case and the measurements involving an element with an adjustable lens position in case. In the first part, measurements of the degrees of freedom tolerances of two element adjusters. Based on the result the permissible rotation values for each adjuster while maintaining the correct operation of the system (defined by the power losses not exceeding 10% of the initial value) was defined. Apart from that, a study of the relationship between the output power value and propagation distance as well as the influence of external temperature on behavior of the system were carried out. The effectiveness, defined as short time of readjusting the system after unscrewing the elements, of the construction was also tested. In addition, two simulations were carried out. The first one in the OSLO program allowed to determine the parameters of the system for specific beam wavelengths – Strehl ratio and focal length. A MTF was included as well with the ray analysis and spot diagram. The second simulation was carried out in MATLAB and was aimed at numerically simulating the values of the output signal power. The result were compared with the experimental data. This simulation allowed determining the permissible displacement of the coupling element in the perpendicular plane to the direction of the beam propagation with the preservation of good working parameters. In the second part an element with adjustable position of the lens was introduced to the system. Analogous study was performed: measurements of the degrees of freedom tolerances for each adjuster: two linear alignments and three angular alignments. Based on this the acceptable angle of rotation for each of the adjuster was defined. Following, the same method was implemented for measuring the acceptable angle of rotation for pitch, yaw and roll. Additionally a study of the system’s efficiency and a measurement of the output power in relationship to the distance between the collimating and coupling elements was also carried out.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Karolina Marta Paciorek (FM) Karolina Marta Paciorek,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Badania stabilności mechanicznej i temperaturowej pasywnych układów optomechanicznych
Supervisor
Michał Józwik (FM/IMPh) Michał Józwik,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
07-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Michał Józwik (FM/IMPh) Michał Józwik,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM) Leszek Wawrzyniuk (FM/IMPh) Leszek Wawrzyniuk,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
układy optomechaniczne, fotonika, kolimator
Keywords in English
optomechanical systems, photonics, collimator
Abstract in Polish
W pracy przeanalizowano układ optomechaniczny wykorzystywany przez firmę InPhoTech. Analiza układu zawiera zbadanie tolerancji stopni swobody konstrukcji z wykorzystaniem dwóch różnych elementów optomechanicznych. Wyniki badań są prezentowane w odniesieniu do wartości mocy sygnału na wyjściu precyzyjnie wyjustowanego układu. Na początku pracy opisano problematykę pracy: justowanie układu, ustawianie elementów współosiowo, zminimalizowanie strat mocy sygnału na drodze propagacji. Potem zamieszczono opis i parametry wykorzystanych w układzie elementów. Następnie przedstawiono metodykę oraz wyniki pomiarów podzielone na dwie główne części: pomiary dla prostego manipulatora z soczewką zamontowaną na stałe w metalowej obudowie oraz pomiary dla drugiego typu manipulatora umożliwiającego regulację pozycji soczewki w obudowie. W pierwszej części wykonano pomiary w zakresie tolerancji dwóch śrub nastawczych elementu ustawczego i określono dopuszczalne wartości obrotu śrub pozycjonujących przy zachowaniu poprawnej pracy układu definiowanej jako spadek wartości mocy na wyjściu układu nie przekraczający 10% wartości początkowej. Przeprowadzono także badania wartości mocy układu w zależności od odległości propagacji wiązki i badania efektywności konstrukcji, rozumianej jako możliwość szybkiego wyjustowania układu po rozkręceniu konstrukcji. Wykonano również badania stabilności temperaturowej mające na celu sprawdzenie jak układ zachowuje się w zmiennych warunkach temperaturowych. Ponadto przeprowadzono dwie symulacje układu. W programie OSLO zbadano parametry optyczne kolimatora dla wybranego zakresu długości fal promieniowania – kryterium Strehla oraz długość ogniskowej. Dołączono także wykres MTF układu oraz analizę promieni i plamki skupienia. Druga symulacja została przeprowadzona w programie MATLAB i miała na celu numeryczne zasymulowanie zmian wartości mocy sygnału wyjściowego układu optomechanicznego. Wyniki porównano z pomiarami eksperymentalnymi, różnice nie przekraczały 10%. Symulacja pozwoliła na określenie dopuszczalnego przesuwu elementu sprzęgającego z zachowaniem dobrych warunków pracy zdefiniowanych wcześniej. W drugiej części badania z wykorzystaniem elementu ustawczego z regulowaną pozycją soczewki wykonano analogiczne badania stopni swobody elementu – przesuwu w dwóch osiach i pochylenia w trzech kierunkach wokół osi optycznej dla soczewki oraz trzech pochyleń całego podzespołu. Na podstawie wyników określono dopuszczalne wartości kątów obrotu śrub nastawczych. Wykonano także badanie efektywności konstrukcji. Dołączono do tego badanie wartości mocy sygnału wyjściowego w zależności od długości drogi propagacji wiązki pomiędzy elementami kolimującym i sprzęgającym.
File
  • File: 1
    269888_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31744

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT519185f7d0694381ba6a12f349db6b96/
URN
urn:pw-repo:WUT519185f7d0694381ba6a12f349db6b96

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page