Asféry pro fluorescenční mikroskop
Referenční projekt
Čočka s vysokou numerickou aperturou pro získávání kvantové informace
Cílem tohoto zákaznického projektu byl vývoj čočky pro fluorescenční mikroskop Ústavem aplikované fyziky Univerzity v Bonnu. Zaměřuje se na získávání kvantových informací o jednotlivých atomech, přesná zkoumání pro zobrazování studených atomů cesia, které jsou uzavřeny v optických mřížkách. asphericon vyvinul a vyrobil asférický systém s vysokou numerickou aperturou, sestávající ze dvou čoček, které dokážou odolat vysokým nárokům na teplotu a rychlost odplynění.
Detaily projektu
Ústav aplikované fyziky na univerzitě v Bonnu provádí výzkum s dosud nevídaným prostorovým rozlišením v oblasti zobrazování a optického řízení ultrachladných atomů cesia uvězněných v optické mřížce. Aby bylo možné vidět každý jednotlivý atom oddělený v mřížce 500 nm, potřebovali vědci čočku s vysokou numerickou aperturou (NA). Zobrazovací systémy s vysokou NA se vyznačují krátkou pracovní vzdáleností < 1 mm. Čočka musela být schopna pracovat přímo v ultra vysokém vakuu (~ 10-11 mbar), kde lze atomy zachytit a manipulovat s nimi laserovými paprsky. Vzhledem k vysokým požadavkům na vakuum (např. teplota, rychlost odplynění) nebyl na začátku výzkumu na trhu k dispozici žádný systém tohoto druhu. Ústav proto sám vyvinul a stanovil vlastnosti dvoučočkového systému. asphericon vyvinul a vyrobil asférické čočky potřebné k tomu s nominální NA 0,92. Po důkladné toleranční analýze byly všechny odchylky vybrány tak, aby překračovaly výrobní tolerance minimálně o jeden řád.
Realizace projektu
Obě čočky vyrobené z N-SF10 byly vyrobeny ve společnosti asphericon a umístěny v keramické objímce (Al2O3). Optická mohutnost byla charakterizována měřením pomocí funkce bodového rozptylu. Vzhledem k vysoké NA čočky to bylo provedeno kruhově polarizovaným světlem vyzařovaným špičkou optického vlákna s průměrem hrotu pouze 100 nm, na které byla nanesena hliníková vrstva. Touto metodou bylo možné prokázat, že výkon čočky při plné NA je difrakčně omezený (Strehlův poměr > 0,8), což lze přičíst především vysoké kvalitě optických povrchů.
Konstrukce čočky objektivu
Čočka objektivu se skládá z: (1) asféry ? 25 mm, (2) sféry o ? 20 mm a (3) keramického držáku.
Obr. 1 Objektiv se dvěma čočkami s vysokou NA, kompatibilní s prostředím ultravysokého vakua.
Nastavení charakterizace
Světlo vyzařované špičkou vlákna SNOM je kolimováno čočkou s vysokou NA a zaostřeno na CCD kameru.
Obr. 2 Nastavení pro měření funkce bodového rozptylu a dosažené měření
Stručný pohled na optiku pro Ústav aplikované fyziky na Univerzitě v Bonnu:
- Vývoj a výroba unikátních asférických čoček (NA = 0,92), které lze použít v ultra vysokém vakuu s velkými teplotními výkyvy
- Výroba sofistikovaného designu čočky se Strehlovým poměrem = 0,99
Further information: C. Robens, S. Brakhane, W. Alt, F. Kleißler, D. Meschede, G. Moon, G. Ramola, A. Alberti: „High numerical aperture (NA = 0.92) objective lens for imaging and addressing of cold atoms“, In: Optics Letters, Vol. 42 (2017), Issue 6, pp. 1043-1046
