Figura 5.1: Interfaccia di lavoro del programma di progettazione ottica OpticStudio 16.5 Zemax [20].
avere la PSF all'interno del pixel. A livello sperimentale bisogna controllare che sia eettivamente così. La PSF non può essere osservata nel suo insieme sul sensore, ma è possibile studiare le sue componenti lungo x e y, ossia la PSF lungo il sensore e la PSF trasversale al sensore. La PSF lungo il sensore è quella che fornisce informazioni sulla capacità di risolvere le varie lunghezze d'onda. Questa deve essere più stretta del pixel in maniera tale che le varie lunghezze d'onda non si mescolino fra loro e da sfruttare al massimo le potenzialità del sensore. Risolvere le varie lunghezze d'onda equivale a rilevare frequenze spettrali sul sensore e, di conseguenza, a raggiungere profondità maggiori. Dalla PSF trasversale dipende invece l'intensità di radiazione che viene convogliata sul sensore. Da questa dipende il contrasto dell'immagine che si riesce ad ottenere. Risulta quindi fondamentale studiare entrambe le componenti della PSF.
5.4 Metodo utilizzato
Valutare le aberrazioni del sistema ottico spettrometro è un'attività che comporta varie di coltà. Ciò principalmente per due ragioni. La prima causa è da ricercare sicuramente nella di coltà di esecuzione delle misure interferometriche che necessi- tano di essere messe a punto, studiate ed eseguite con grandissima precisione. La seconda ragione è la complessità dell'analisi dei risultati ottenuti da queste misure con il programma di progettazione ottica Zemax. Per svolgere questa parte del la-
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voro devono, come prima cosa, essere eettuate delle misure interferometriche che permettano di ottenere informazioni circa il fronte d'onda in uscita dal sistema e i valori dei polinomi di Zernike che lo descrivono. Una volta compiute le misure è necessario riprodurre questo risultato sperimentale tramite il programma di pro- gettazione ottica Zemax. Il sistema spettrometro deve essere riprodotto con tutte le sue speci che tramite il programma. Una volta realizzato ciò viene aggiunta al progetto una super cie contenente le informazioni di tutte le aberrazioni del sistema determinate in maniera sperimentale. In questo modo sarà possibile simulare eet- tivamente il sistema reale. Il programma, una volta eettuate queste operazioni, ci permetterà infatti di simulare la Point Spread Function del sistema sul sensore lineare, che consentirà di valutare la bontà del sistema. Questa, a sua volta, verrà confrontata con la PSF dello stesso sitema ottenuta con un altro metodo, descritto nel paragrafo 5.4.1, per fornire un'ulteriore prova della coerenza della misura. Per riassumere, le operazioni da compiere per valutare lo spettrometro da un punto di vista ottico sono schematicamente le seguenti:
Acquisizione delle misure sperimentali del canale di proiezione dello spettro- metro
Acquisizione delle misure sperimentali di aberrazione e polinomi di Zernike dello spettrometro completo
Con Optic Studio inserimento di una super cie ttizia caratterizzata dai valori dei polinomi di Zernike trovati con la misura in modo da riprodurre il sistema con le reali aberrazioni
Conversione del sistema dalla lunghezza d'onda utilizzata per il test interfero- metrico (632 nm) e quella utile di lavoro, 830 nm
Convoluzione della PSF ottenuta con OpticStudio con il pixel del sensore lineare e valutazione del risultato
Valutazione dei risultati ottenuti dalla misura diretta della PSF sul sensore lineare utilizzando un laser alla lunghezza d'onda di 830 nm
Confronto della PSF convoluta ottenuta dalla simulazione di OpticStudio con il valore sperimentale di PSF ottenuto dalla misura diretta sul sensore lineare utilizzando il laser
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5.4.1 Misura sperimentale PSF con laser
Prima di compiere tutto questo studio è stata eettuata, senza conoscere le aberra- zioni del sistema, una misura sperimentale delle componenti della PSF del sistema, lungo il sensore e trasversale al sensore. Questa misura deve poi essere confrontata con la PSF ottenuta dalla simulazione con Zemax, una volta inseriti i dati relativi al- le aberrazioni del fronte d'onda in uscita dallo spettrometro, determinati per mezzo delle misure interferometriche. Per quanto riguarda la PSF lungo il sensore, lo spet- trometro è stato posto su un sostegno mobile grazie ad un micrometro e la misura è stata eseguita iniettando in bra un laser alla lunghezza d'onda λ = 830 nm e con spessore di linea inferiore a 1
1000 nm. Ciò è necessario in quanto i pixel del sensore
sono investiti da lunghezze d'onda che variano lungo il sensore in un intervallo che va da circa 1
50 nma circa 1
30 nm. Nel sistema OCT la sorgente utilizzata è un diodo
superluminescente che emette in una banda compresa fra 800 e 900 nm. Per questa misura si utilizza un laser con una lunghezza d'onda compresa all'interno del range di emissione dello SLED. Come prima cosa il sensore lineare è stato posizionato in modo da mettere a fuoco lo spot proveniente dal gruppo di ripresa dello spettrometro ed è stato orientato in maniera da risultare parallelo all'uscita dello spettrometro. A questo punto è stata eseguita la misura. In gura 5.2 è possibile osservare l'im- magine schematica del sensore in uscita dallo spettrometro durante questo tipo di test. La curva più stretta e quella più allargata rappresentano rispettivamente la PSF nel caso in cui tutta la radiazione incida sul singolo pixel posizionato all'uscita dello spettrometro e la PSF nel caso in cui la radiazione vada a nire anche sui pixel ad esso adiacenti.
Per ciò che riguarda invece la PSF trasversale al sensore, si è illuminato il sistema con lo stesso laser e il sensore, posto su un traslatore micrometrico, è stato traslato a partire dalla posizione centrale via via a passi di 2 µm ed è stata acquisita una misu- ra per ogni posizione, in maniera tale da eseguire un campionamento nella direzione trasversale rispetto a quella in cui sono disposti i pixel. Il sensore è stato traslato per 16µ m in entrambe le direzioni, rispetto alla sua posizione centrale. In gura 5.3 è possibile osservare il sensore lineare illuminato e la PSF trasversale ad esso che ne deriva. Nell'immagine in alto si può vedere il caso ottimale in cui quasi tutta la luce è raccolta dal sensore e, di conseguenza, non si hanno perdite di energia e la PSF è molto stretta. Nell'immagine in basso si osserva invece il caso in cui gran parte della radiazione viene persa e la PSF in questa con gurazione risulta allargata.
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