הפקולטה
להנדסה - המגמה להנדסה מכנית
ד' אדר א, תשס"ג
6 פברואר, 2003
מערכות קווזי אופטיות
לתחום הגלים המילימטרים
היבטים מכניים
תקציר לספר הפרויקט
פרויקט גמר
המנחה אלישע
עמרמי
הסטודנט המבצע אור רמות
הפקולטה
להנדסה - המגמה להנדסה מכנית
ד' אדר א, תשס"ג
6 פברואר, 2003
מערכות קווזי אופטיות
לתחום הגלים המילימטרים
פרויקט גמר
המנחה אלישע
עמרמי
הסטודנט המבצע אור רמות
|
ג |
לים מילימטרים (גמ"מ) הינם
גלים אלקטרומגנטיים בתחום אורכי גל של mm1
עד mm10. עקב התפתחות ענפה
בפיתוח ויצור מוצרים בתחום הגמ"מ בשנים האחרונות, נוצרה דרישה לחקר אקדמי
בתחום במישורים שונים. הוקם צוות ארצי
למחקר ברשותו של פרופ' אבי גובר מאונ' ת"א העוסק בחקר השפעות הגמ"מ.
בתוך הצוות הארצי הוקם צוות מצומצם בו מועסקים מספר סטודנטים מהפקולטה
להנדסה באונ' ת"א. מטרתו, אפיון
פיתוח ויצור מערכות אופטיות-למחצה, תיאורטיות ומעשיות, לתחום הגמ"מ. מערכות
אלה, שפותחו ע"י הצוות, ישמשו ככלי-עזר לתכנון וביצוע ניסויים המבוססים FEL (Free Electron Laser),
שהינו תותח לייזר שפולט קרינה באורכי גמ"מ.
הניסויים הראשונים,
על פיהם אופיינו הכלים והמערכות שפותחו הינן,
באוריינטציה עבור ניסויים אלה, אך גם בהסתכלות עתידית לעבר ניסויים נוספים שתרם
תוכננו, אופיינו הכלים והמערכות שהוזכרו לעיל.
המערכות פותחו הינן,
1.
מראה פרבולית Off-Axis - מראה המרכזת אלומה
הפוגעת בה לנקודה בודדת במרחב. הנק' נמצאת
מחוץ לתחום האלומה הנכנסת. מראה זו משמשת
למיקוד האלומה לתוך האינקובטור בניסוי הראשון ומיקוד האלומה לעבר הקריוסטט בניסוי
השני.
2.
מערכת סריקת אלומה (שולחן xy) - מערכת למדידת פילוג הספק אלומה בחתך
נתון. שילוב שולחן xy, גלאי לתחום
הגמ"מ ומחשב. המערכת משמשת למדידת
פילוג עוצמת האלומה בתוך האינקובטור בניסוי הראשון ומדידת דומה ביציאה מהקריוסטט
בניסוי השני.
3.
תוכנת הסימולציה mmw-plotter - תוכנה המאפשרת יצירת גרפים לניתוח התפשטות
גלים גאוסיים דרך מערכות אופטיות. התוכנה
משמשת לתכנון מערך הניסוי הכולל, מרחקים ומידות בין הכלים השונים המשתתפים בניסוי
4.
אתר האינטרנט ומרכז המידע - אתר שמרכז בתוכו חומר רב בנושאי הפרויקט וכן קישורים
לאתרים אחרים העוסקים בתחום הגמ"מ.
www.eng.tau.ac.il/heb/projects/mmwave
בתוך הצוות אחריות ההובלה של
הח"מ היא על המראה והמערכת לסריקת אלומה.
המראה
תפקיד המראה, מיקוד אלומת הלייזר לנקודה במרחב אשר
אינה נמצאת על ציר האלומה הנכנסת.
1.
בוצע חישוב תאורטי לקביעה כי צורת פרבולויד אכן תמרכז את האלומה
כפי הנדרש. הוכח כי אורך המוקד של מראה
פרבולית שמשוואתה
הינו 
.
2.
תוכננה
ויוצרה מראה מעשית עפ"י החישוב התאורטי.
שיקולי גודל חושבו עפ"י קוטר האלומה הפוגעת והזוית הרצויה
ליציאה. שיקולי חומר הוכרעו לפי עלות
וזמינות חומר גלם. נבנה מודל תלת-מימדי של
המראה בתוכנת תיב"מ.
3.
תוכנן מתקן
בסיס לפלטה בעל יכולת כוונון ועזרי כיול למראה במהלך הניסויים. המתקן והעזרים אופיינו על סמך הניסויים הנדרשים
לביצוע.
4.
נכתבו
הוראות כוונון וכיול עבור המראה.
שולחן ה-xy
מטרת השולחן היא ניתוח פרופיל עוצמת אלומת
הלייזר בחתכים מסוימים במערכי הניסוי השונים.
המטרה מושגת ע"י הזזת גלאי המחובר ל-"שולחן xy" במישור
ניצב לאלומת הלייזר. בכך מתבצעת סריקה,
עוצמת האלומה ממופה ביחס למיקום בחתך, והנתונים נאספים לקובץ מחשב. בפרויקט בוצע,
1. אפיון והגדרת השולחן הרצוי
בהיבט הדרישות הטכניות בהתאם לניסויים.
בפרט,
א.
משקל העומס: 2.5 ק"ג
ב.
רזולוציה: ½ מ"מ על ½
מ"מ
ג.
גודל משטח הסריקה: 30x30
ס"מ.
ד.
מהירות: 5 ס"מ לשנייה
ה.
דיוק: ¼ ±
מ"מ
ו.
תוכנה: יכולת שליטה בגודל
האזור הנסרק וברזולוצית המדידות
2.
נבחר ונרכש שולחן xy כפלטפורמה
למערכת עפ"י הדרישות. דגם xy-18,
של חברת Arrick Robotics.
3.
תוכנן ונבנה "מחזיק" לגלאי המתאים לניסוי התאים הביולוגיים
המתוכנן.
4.
נכתבה תוכנה המתממשקת עם קריאת נתונים מהגלאי ועם בקרה ושליטה על
השולחן. התוכנה שולטת על מיקום הגלאי
בעזרת השולחן, קוראת נתונים ממנו, ומעבירה אותם לקובץ excel.
5.
נכתבו הוראות הפעלה עבור המערך.
6.
בוצעו ניסויי הערכה ובדיקה במערך.
סיכום
נסתיימה מלאכת בניית המערכות
עבור ניסויי ה-FEL. המערכות שפותחו הובאו לרמת ביצוע ניסויים
בעזרתם.
נדרש לבצע כיול וכוון של המערכות לפני ביצוע
הניסויים עצמם.