0540.6450

מבוא להנדסה אופטומכנית   

Introduction to Optomechanical Engineering

הקורס יכסה את העקרונות הבסיסיים של הנדסה אופטומכנית.

דרישות קדם: מכניקת המוצקים 1, תכן מכני 1, משוואות דיפרנציאליות חלקיות, פיזיקה 1, פיזיקה 2

הדגש בקורס הוא על נושאים הנדסיים שימושיים. כמו כן, סקירה של תכונות פראקסיאליות במערכות, איפיון אופטי של איכות החומרים, עיוותים אופטיים ואינטרפרומטריה ייסקרו כדי להציב את הנושא בפרספקטיבה.

מהלך הקורס: שלושה פרקים מרכזיים (בהתאם לספר הלימוד #1), במשקל של שליש סמסטר (כ-4 שבועות) שיוקדש לכל אחד מהם: 1. סקירה של מערכות אופטיות מהיבט מכני: - מערכות מסדר ראשון (צימוד של היטלי הדמאה לתנועה), – שימוש של מראות ופריזמות, – מטריקות לביצועי מערכות אופטיות, – טולרנטיות של מערכות אופטיות, – פירוט של רכיבים אופטיים, – מבוא למידול בעזרת כלי תיב"מ (SOLIDWORKS/ZEMAX),  - שירטוט אופטומכני של רכיב, - שיטות ייצור ומגבלות.

2. מבוא למכניקה אופטית: - סטטיקה, - הסחות, - דוגמאות אופטומכניות לשימוש במידול אלמנטים סופיים (FEM), – אפקטים תרמיים, – בידוד ויברציות, – בחירת חומרים (תכונות הנדסיות).

3. נושאים בהנדסה אופטו מכנית: - מערכות קינמטיות, - כיוונוני דיוק ובקרת תנועה, - הרכבה של חלונות ופריזמות, - הרכבה של עדשות, - הרכבה וממשקי מראות, - תכן של מערכת אופטומכנית.

This course covers the basic principles of optomechanical engineering. It is taught for students that are familiar with mechanical engineering, yet may have little experience in optical systems. The emphasis in this class is on practical engineering issues. Also, review of paraxial properties of optical systems, optical material qualification, optical aberrations, and interferometry will be given in order to put the topics in context.

Course Plan:  (Note: It is a “live” outline and schedule. This schedule and topic list could be adjusted and updated during the semester.)

1. Review of optics from a mechanical perspective

- Review of first order optics (coupling of imaging relationships to mechanical motion)

- Use of fold mirrors and prisms

- Metrics for performance of optical systems

- Tolerancing of optical systems

- Specification of optical components

- Introduction to optomechanical modeling with SolidWorks / ZEMAX

- Mechanical drawings

- Fabrication issues and limitations

2. Introductory engineering mechanics

- Introductory engineering mechanics – statics

- Introductory engineering mechanics – deflections

- Examples specific to optomechanics of finite element modeling (FEM)

- Thermal effects

- Vibration isolation

- Materials (Engineering properties)

3. Topics in optomechanical engineering

- Kinematic systems

- Precision adjustments and motion control

- Mounting of windows and prisms

- Mounting of lenses

- Mounting and interfaces for mirrors

- Optomechanical system design

Literature:

1. Katie Schwertz and James H. Burge, Field Guide to Optomechanical Design and Analysis (SPIE Press, 2012).
2. Yoder, Paul R., Jr., Opto-Mechanical Systems Design, 3rd Ed., (CRC Press, 2006).

Grading:

1. A final exam and final project will be given (the latter requiring 5 page project report).
2. The 3-4 homework sheets will be due by the "beginning of class" on the date stated on each assignment sheet. Credit will be reduced 25% for each day a homework assignment is late.
3. The final grade in the course will be calculated as follows:

homework - 20%;

final project report - 30%;

final exam – 50%.