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Application of a long-rangesweptsource optical coherence tomography-based scheme for dimensional characterization of multilayer transparent objects
(2017-08-18) Morel, Eneas Nicolás; Russo, Nélida A.; Torga, Jorge Román; Duchowicz, A.N.
This work presents the use of a recently develop edinter ferometric system based on the swept source optical coherence tomography (SS-OCT) technique, which allows the characterization of transparent and semitransparent multilayer systems employing a tunablefiber-optic laser with a coherence length suitable for achieving long-deeprange imaging (<10 cm). The inclusion of fiber Bragggratings in the system allow sit to perform a self-calibration in each sweep of the light source. Measurements carried out on cuvettes, ampoules, small bottles, and glass containers used in the pharmaceutic al industry are presented. The thicknesses of the walls and the distance between them were determined. Transparent and semitransparent objects of a multilayer type of different thicknesses were also measured. The configuration presented allow sextension of the measurement range obtainable with the usual OCT systems, demonstrating the potentiality of the proposed scheme to carry out quality control in industrial applications.
Cabezal óptico compacto aplicado a la medición de vibraciones sin contacto
(Cuarto Congreso Argentino de Ingeniería Mecánica – CAIM 2014, 2014) Aguilar, Andres; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
En este trabajo presentamos un cabezal óptico diseñado para medición de vibraciones basado en la señal de error de foco (SEF), la misma utilizada para leer datos en un cabezal láser de DVD o CD. El sistema fue diseñado con la motivación de obtener un dispositivo compacto y robusto, de bajo costo y pequeñas dimensiones, que pueda ser usado para medir múltiples puntos y sin contacto con la muestra. El CO presentado en este trabajo mide la posición absoluta entre el plano focal del sistema óptico y el punto iluminado en la muestra. Dado que la SEF es dependiente de la reflectividad de la superficie muestra es necesaria una calibración previa, por eso el sistema incorpora un actuador piezoeléctrico que le permite realizar calibraciones in situ y obtener medidas temporales de la posición. Con este esquema se midieron vibraciones con una amplitud de hasta 10 μm y una frecuencia de hasta 1 KHz. con una resolución espacial mejor que 0.5 micrones. Se presentan resultados experimentales en vibraciones de una superficie generadas con un sistema controlado por un elemento piezoeléctrico y en vibraciones transversales generadas en una barra metálica.
Caracterización de recubrimientos obtenidos a partir de film líquidos por interferometría de baja coherencia.
(2015) Sallese, Marcelo; Morel, Eneas Nicolás; Lunaa, Georgina; Tabla, Pablo; Torga, Jorge Román
En este trabajo se presenta la interferometría de baja coherencia como una técnica sin contacto para caracterizar recubrimientos obtenidos a partir de un film líquido depositado sobre distintos materiales. Nos referimos específicamente a recubrimientos poliméricos, barnices, pinturas y lacas entre otros, con la única condición de que sean transparentes o semitransparentes en la región del espectro electromagnético en el rango entre el visible y el infrarrojo lejano (400nm a 2000nm). La técnica permite la medición de espesor y homogeneidad del recubrimiento, o sea que puede ser utilizado como técnica de monitoreo del producto final o para estudio de su evolución temporal en el proceso de formación del film, por ejemplo en procesos de secado, polimerización o cambios estructurales. Se presenta una configuración experimental modular que puede ser adaptado a aplicaciones industriales, monitoreo en línea o sistemas de control de calidad. Se presentan mediciones en una muestra en base acuosa depositada sobre metal. Se muestran resultados en la medición de espesores, topografía de superficie y tomografía del material
Characterization of reference standards for dirt by Laser Ablation Induced Photoacoustics (LAIP)
(2009-07-23) Orzi, D.J.O; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román; Ravigioni, A.N.; Bilmes, G.M
Measurements of surface cleanliness and dirt characterization are important problems in a wide range of processes in industry and production. Standard methods are in most cases cumber some laboratory procedures that must be performed out of the production lines. Instruments and methods for clean liness determination and dirt characterization require reference standards for calibration. For that purpose we built a possible dirt reference standard (DRS) made by films of graphite greases ubjected to heat treatment for mechanical stabilization. The DRS characterization was performed by Laser Ablation Induced Photoacoustics (LAIP). The measurement of the thickness of the films was made by low-coherence interferometry.
Desarrollo de interferometria optica de baja coherencia para la aplicación a la caracterización de materiales
(2012) Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
En ta tesis se presenta la técnica de interferometria de baja coherencia, como un para caracterizar superficies y espesores tanto en materiales opacos como semitransparentes. La técnica permite medir con precisión en el orden del micrón y con rango dinámico en el orden del centímetro. El trabajo se orientó a la caracterización de materiales por medio de topografia y tomografia óptica, para aplicaciones industriales, particularmente en la determinación de parámetros de forma, perfilometria de superficie y medición de espesores, entre otras. Se presenta un estudio detallado del proceso de detección y adquisición y los efectos sobre la señal de interferencia. Se muestran los resultados obtenidos con los sistemas experimentales utilizados, sobre muestras metálicas, películas de grasas, polímeros y films de vidrio. Se propone un nuevo esquema interferometrico capaz de realizar las mediciones de espesores en muestras opacas y semitransparentes sin la necesidad de conocer el índice de refracción. Por medio de este esquema también se pueden determinar las topografias de ambas caras de una muestra.
Desarrollo de un equipo basado en un interferómetro de baja coherencia para medición de topografía y tomografía de materiales
(2017) Sallese, Marcelo; Tabla, Pablo; Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
Este trabajo presenta los resultados de un proyecto del desarrollo de un equipo para realizar topografías y tomografías de materiales basado en una técnica óptica aplicado como ensayo no destructivo para la caracterización de superficies y determinación de volúmenes en el interior de materiales transparentes o semitransparentes. La técnica permite obtener imágenes 3D de alta resolución espacial, es apta para mediciones “in situ” y monitoreo en línea. Se muestran los avances en el diseño y construcción de un equipo a escala piloto basado en la técnica denominada tomografía óptica coherente en el dominio de la frecuencia. El equipo está constituido por un interferómetro en fibra óptica, un cabezal óptico, un sistema porta-muestra y un sistema de detección basado en un espectrómetro. El desarrollo de este equipo es un proyecto multidisciplinario y ha sido encarado tomando como prioridad el hecho de que varios de los elementos del sistema sean diseñados y construidos por investigadores de los laboratorios participantes. Se busca como objetivo principal que la tarea inicial de investigación se complemente con el posterior desarrollo tecnológico para obtener como resultado final un equipo que pueda ser utilizado por otros usuarios. Se describe la configuración desarrollada que incluye un novedoso dispositivo para alojar la muestra y realizar barridos controlados, el sistema de detección que utiliza sensores comerciales y también de diseño propio. Se muestran resultados obtenidos en la obtención de imágenes en distintos materiales.
Determinación del llenado capilar en silicio poroso mediante interferometría de baja coherencia
(2017) Sallese, Marcelo; Morel, Eneas Nicolás; Cencha, Luisa; Budini, Nicolás; Urteaga, Raúl; Torga, Jorge Román
La determinación de la dinámica de llenado capilar en estructuras nanoporosas y, en particular, del perfil de la fracción de llenado en el frente de mojado se ha propuesto como un posible método de caracterización de la distribución de poros de la estructura [1]. Así mismo, la dinámica de llenado en estructuras nanoporosas de morfología conocida permite realizar el estudio de propiedades de fluidos en condiciones de gran confinamiento espacial [2]. En este trabajo se propone determinar la dinámica de llenado capilar en estructuras de silicio poroso nanoestructurado mediante la técnica de interferometría de baja coherencia. El ingreso de un líquido dentro de la estructura porosa produce un incremento en el espesor óptico de la capa. La determinación del espesor óptico en función de la posición y del tiempo permite monitorear la dinámica de llenado capilar. El sistema empleado es un interferómetro de una sola rama que utiliza como fuente de luz un láser de gran ancho espectral (~100 nm, centrado en 800 nm), un sistema de fibra óptica y un espectrómetro como sistema de detección. La señal de interferencia se genera por la superposición de las reflexiones en las distintas interfaces de la muestra con una reflexión de referencia (Fig. 1a). A partir del análisis de esta señal es posible medir camino óptico recorrido por el haz al atravesar la muestra. Se determinó el llenado capilar de una muestra de silicio poroso de 30 micrones de espesor y 80% de porosidad utilizando alcohol etílico. La muestra fue sellada en su parte superior con un film de etil-vinil-acetato (EVA) mediante calentamiento controlado del termoplástico (Fig. 1b). Los resultados indican que la dinámica de llenado sigue un comportamiento tipo Washburn (�� ∝ �� ) y se evidencia un ensanchamiento pronunciado del frente de avance (Fig. 1c) que se corresponde con la morfología de la estructura porosa.
Dimensional characterization of large opaque samples and microdeformations by low coherence interferometry
(2020-01-25) Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás; Russo, Nélida A.; Duchowicz, Ricardo
We report on the application of an interferometric system based on the low-coherence interferometry technique to the dimensional characterization of large opaque mechanical parts as well as microdeformations experienced by them. The implemented scheme is capable of simultaneously measuring very small deformations and relatively large dimensions or thicknesses (several centimeters) of the sample. By applying the chirp Fourier transform algorithm, it was possible to measure changes in thickness with an uncertainty of 0.35 μm when a 7-cm-thick sample was measured. The measurement scheme was implemented in optical fiber, which makes it highly adaptable to industrial conditions. It employs a tunable light source and a Sagnac–Michelson configuration of the interferometric system that allows the thickness of the opaque sample and the topography of both faces to be obtained simultaneously. The developed system can be used to perform profilometry of opaque samples and to analyze the dimensional behavior of mechanical pieces in production lines or under mechanical efforts capable of introducing some deformations on them. This feature enables the system to perform quality control in manufacturing processes.
Diseño y construcción de un módulo de microscopía de barrido por sondeo local y de un sistema de nanoposicionamiento de alta precisión para un microscopio multianálisis
(2014) Martínez Reina, Hernán; Pujol, Miguel A.; Morel, Eneas Nicolás; Scarpettini, Alberto; Torga, Jorge Román
Este trabajo presenta la técncia de interferometrá de baja coherencia orientada a la obtención de topografiá de superficies y tomografía de materiales. Se decribe la idea general, se presentan distintos esquemas experimentales y se muestran resultados obtenidos en distintos tipos de aplicaciones. Se pretende mostrar que esta técnica, todavía en etapa de laboratorio, puede ser en muchos casos una alternativa a las técncias convencionales o una solución a problemas por resolver, en el área de los ensayos no detructivos en materiales.
Dual system increases the resolution of a low coherence interferometer system through a signal detector astigmatic focus
(2015-10-29) Morel, Eneas Nicolás; Aguilar, Andres; Torga, Jorge Román
La interferometría de baja coherencia en el espacio de Fourier (OCT-FD) es una técnica que permite medir distancia con valores típicos de rango dinámico en el orden de 3 mm y resolución por debajo de los 10 µm. En este trabajo se propone combinar esta técnica interferométrica con una técnica que mide distancias utilizando la señal de foco astigmática, lo que permite llevar el límite de resolución a menos de 10 nm. Se muestra el esquema experimental armado con ambas técnicas y resultados experimentales en desplazamientos de una superficie muestra, controlada con un sistema piezoeléctrico realimentado con strain-gauge que hemos utilizado como sistema de referencia
Dual system increases the resolution of a low coherence interferometer system through a signal detector astigmatic focus
(2015-10-29) Morel, Eneas Nicolás; Aguilar, Andres; Torga, Jorge Román
The low coherence interferometry in Fourier space (FD-OCT) is a technique to measure distance with typical values of dynamic range in the order of 3 mm and resolution below 10 microns. In this paper we propose to combine the interferometric technique with a technique that measures distances using astigmatic focus signal, allowing lead the resolution limit of less than 10 nm. The experimental scheme shown armed with both techniques and experimental results in displacement of a sample surface, controlled feedback system with a piezoelectric strain gauge which we have used as a reference system..
Dynamic Detection of Thicknesses in Polymer Deformation Based on the Optical Coherence Interferometry Technique
(2015-07-31) Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
We describe the implementation of the optical coherence interferometry (OCT) technique in the dynamic measurement of the deformation of polymers. The experimental set-up of the interferometer system and the signal processing used are also described. Theories and methods for measuring polymer film thickness are presented and the results are shown. In this work, the technique does not account for the determination of the refractive index.The study found that the dynamic estimation of the thickness of thin polymer films is possible and very accurate
Estimación de frecuencias de señales interferométricas con redes neuronales
(2023-09) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás
Una vez adquirida la señal óptica de la técnica de interferencia de baja coherencia mediante un espectrómetro es necesario realizar un post procesado para encontrar la frecuencia de oscilación característica de la señal. Esta señal me brinda información morfológica (espesor, topografía, etc) de la muestra en estudio. En este trabajo se diseñan, entrenan e implementan Redes Neuronales Artificiales que permiten reemplazar herramientas convencionales en el procesamiento de señales oscilantes y en particular el cálculo de la Transformada de Fourier. Se analiza la precisión y los tiempos característicos de estas redes demostrando que son una opción viable para estimar frecuencias de señales oscilatorias.
Extending low-coherence interferometry dynamic range using heterodyne detection
(2020-08) Cusato, Leslie; Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
Low-coherence interferometry (LCI) technique is generating considerable interest in industrial applications where there is a need for larger measurements with high resolution. Conventional Fourier domain systems reach a limiting depth of around 3 mm, mainly due to the spectrometers used as detectors. In this work, we present an optical detection system that performs the Fourier transform of the LCI signals, based on a spatial heterodyne spectrometer. This device avoids the fall-off effect of the spectrometer, allowing to reach measurable optical depths of almost 5 cm without losing resolution. We describe the theory underlying this detection system and present experimental results which are in great accordance.
Extensión del rango dinámico de la tomografía óptica coherente sensible a la fase
(RAFA - Santa Fé, 2019-10) Torga, Jorge Román; Folgueiras, José; Morel, Eneas Nicolás
La tomografía óptica coherente sensible a la fase (PhS-OCT), también conocida como microscopía de fase (SDPM), es una técnica que se basa en la medición de la fase en la señal de interferencia obtenida por tomografía óptica coherente (OCT). Es utilizada mayormente para seguir movimientos o deformaciones de un punto en la superficie o en el interior de un material cuando éste es sometido a una perturbación externa. Para esto se toman imágenes sucesivas de la tomografía de la muestra (A-scans) y se ve la evolución de la fase. Si bien esta técnica presenta algunas de las ventajas de la OCT con respecto a la localización espacial de la zona muestreada, su rango dinámico está limitado al valor de la longitud de onda central del espectro de la fuente de luz utilizada, debido a la ambigüedad en 2π. En este trabajo se presentan los fundamentos de la técnica, y el desarrollo de un método que busca ampliar su rango dinámico mediante el uso combinado de la fase y el módulo de la FFT de la señal de OCT. Para esto se utiliza un algoritmo de procesamiento de la señal de interferencia desarrollado con este fin. Se presentan resultados teóricos y experimentales del método propuesto.
Fabry Perot detector for low coherence interferometry
(2023-06) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
Se proponen dos diseños teóricos de detectores de intensidad para distintas longitudes de onda basados en cavidades Fabry Perot para ser aplicados en la técnica de interferometría de baja coherencia en el dominio de las frecuencias (FD-LCI). Un detector axial unidimensional que consta de una cavidad variable con un fotodiodo y otro detector radial con cavidad fija y con un array lineal o cámara. Se demostró su factibilidad teórica realizando simulaciones de haces gaussianos propagándose a través de cavidades con diferentes características. Se optimizaron los parámetros para que los detectores estén centrados en 850 nm, con rangos de 60 nm y resolución por debajo del nanómetro para haces de 500 µm de cintura, condiciones típicas de las fuentes y detectores usadas en FD-LCI. Además, el diseño contempla la posibilidad de usarlos simultáneamente.
Feasibility and analysis of a system of two in tandem interferometers for optical coherence tomography
(IEE Explore Digital Library, 2017-12-18) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Alvira, Fernando; Torga, Jorge Román
A signal obtained from a combined system of two interferometers of low coherence in the frequency domain is presented and analyzed. This system allows to expand the range of measurement offered by the conventional optical tomography system of a single interferometer with a spectrometer as a detector.
Improved spectral resolution in time-varying interferometry
(2018-11) Antonacci, Julian; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román; Duchowicz, Ricardo; Arenas, Gustavo
In this work, we present a procedure that allows increasing the resolution of dynamic length measurements made by spectral interferometry. The proposed scheme leads to obtaining a compact photonic instrument with the ability to measure distances, variations on positions and vibrations with a very high resolution. This measurement system includes a superluminescent source (SLED), a digital spectrometer and a Fizeau interferometer. Spectral data is processed by applying Fourier domain techniques previously applied in optical coherence tomography. The resolution of the spectral measurement system is determined by the spectrometer bandwidth and the light source employed. A signal is obtained by analysing the time evolution of a single pixel from the spectrometer CCD sensor, which is later analysed using time domain interferometry (TDI) techniques. This procedure works by detecting changes in the optical path below those that can be detected by spectral analysis. The original resolution obtained with the solely spectral techniques was 2.2 µm but was improved to 40 nm by complementary analysis of temporal signals.
Interferometría óptica de baja coherencia para caracterización dimensional de microestructuras
(2016) Sallese, Marcelo; Torga, Jorge Román; Tabla, Pablo; Morel, Eneas Nicolás
En este trabajo se presenta un sistema de laboratorio basado en la técnica de interferometría óptica de baja coherencia en el dominio de las frecuencias (FD-OCT) para la caracterización dimensional de microestructuras. El sistema propuesto es un interferómetro en fibra óptica con una fuente de luz blanca que termina en un cabezal que enfoca el haz sobre la muestra. La medición se realiza enfocando el haz láser sobre cada punto de la muestra y realizando un barrido en dos dimensiones, sobre el área deseada. Permite ser montado en distintas configuraciones y medir distancias de varios milímetros con una resolución espacial en el orden del micrón. El sistema portamuestra permite realizar barridos en el orden del centímetro. Se muestran posibles aplicaciones en el estudio de morfología de dispositivos para microfluídica y análisis de ángulos de contacto. Se describe la idea general del método, se muestra un esquema experimental simple como alternativa a las técnicas convencionales en el monitoreo y estudio de materiales. Se presentan imágenes obtenidas en topografías y tomografías de distintas muestras con distintos parámetros de interés. Se discute las posibilidades de implementar un sistema experimental sencillo que podría ser utilizado en ambientes fuera de un laboratorio de investigación
Interferometric system based on swept source-optical coherence tomography scheme applied to the measurement of distances of industrial interest
(2015-12-11) Morel, Eneas Nicolás; Russo, Nélida A.; Torga, Jorge Román; Duchowicz, Ricardo
We used an interferometric technique based on typical optical coherence tomography (OCT) schemes for measuring distances of industrial interest. The system employed as a light source a tunable erbium-doped fiber laser of ∼20-pm bandwidth with a tuning range between 1520 and 1570 nm. It has a sufficiently long coherence length to enable long depth range imaging. A set of fiber Bragg gratings was used as a self-calibration method, which has the advantage of being a passive system that requires no additional electronic devices. The proposed configuration and the coherence length of the laser enlarge the range of máximum distances that can be measured with the common OCT configuration, maintaining a good axial resolution. A measuring range slightly >17 cm was d0.etermined. The system performance was evaluated by studying the repeatability and axial resolution of the results when the same optical path difference was measured. Additionally, the thickness of a semitransparent medium was also measured.

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