On the study of wavefront aberrations combining a point-diffraction interferometer and a Shack-Hartmann sensor

Treballs Finals de Grau de Física, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Curs: 2016, Tutor: Santiago VallmitjanaA comparison between reconstruction of wavefront aberration (WA) provided by two different techniques (a point-diffraction interferometer and a Shack-Hartmann wavefront sensor) applied on the study of a meniscus lens is presented. The description of WA is done in terms of the Zernike polynomials and, when terms up to 4th order of the expansion are taken, the maximum difference of the root-mean-square (RMS) between both techniques is reduced to 0.08 , excluding pseudo-aberration term

Galileo y las orejas de Saturno : la importancia de la resolución

En este artículo, a través del descubrimiento histórico de los anillos de Saturno por Galileo, veremos la importancia de la resolución y la corrección óptica en astronomía. Uno de los grandes hitos en la historia de la astronomía fue cuando Galileo Galilei (1564–1642) apuntó por primera vez con su telescopio hacia el cielo nocturno. De este modo se inició una nueva era en la astronomía observacional e instrumental. Mediante sus telescopios, Galileo realizó importantes contribuciones para la astronomía y la ciencia en general, pero, sin lugar a duda, uno de los descubrimientos más fascinantes de Galileo fue, en julio de 1610, el de la presencia de unas extrañas aureolas alrededor del planeta Saturno. De hecho, para Galileo se trataba de tres planetas alineados (un planeta mayor central, y dos planetas más pequeños o posibles lunas) que, además, ¡se tocaban!Postprint (published version

El sensor de frente de onda Shack-Hartmann: una interesante herramienta científica que está saltando al terreno del aficionado en astronomía

Una herramienta para la caracterización de la calidad óptica de un sistema formador de imagen es el sensor de frente de onda Shack-Hartmann, muy empleado en óptica adaptativa. Exploraremos la historia, principios de funcionamiento y aplicaciones de este dispositivo y sus posibilidades para el astrónomo aficionado. En artículos anteriores (Astronomía 255 a 258), hemos hablado de las aberraciones ópticas, así como de su impacto en nuestras observaciones astronómicas y actividad fotográfica, con lo que a los objetos del cosmos se refiere. En este artículo introduciremos un tipo de dispositivos ampliamente utilizados por la comunidad científica, y que están empezando a irrumpir en el terreno del aficionado para la caracterización de estas aberraciones en nuestros telescopios, y nos centraremos en el más destacado de ellos: el sensor de frentes de onda Shack-Hartmann, o Hartmann-Shack.Peer ReviewedPostprint (published version

Understanding resolution with Galileo’s telescopes

Using the context of Galileo Galilei´s pioneering observations of the Saturn’s rings, the students are driven to build an optical telescope in the laboratory and analyze and discuss the different solutions to improve its resolution.Peer ReviewedPostprint (published version

Two applications for teaching Telecommunication Engineering students the atmospheric effects on the optical channels. Applications in Astronomy, Mechanical Engineering and Telecommunications

Atmospheric turbulence is one of the limiting phenomena in interesting applications and fields such of optical telecommunications and Observational Astronomy. Both Telecommunication and Aerospace Engineering students may encounter those applications in their professional careers, thus, there is the necessity to introduce this phenomenon and its impact on those fields at the academic formation stage. In order to teach students of the principles and effects of the atmospheric turbulence in optical propagation, and to illustrate how to solve these problems, two different applications written in MATLAB© were developed. In this communication both applications and the theoretical background are presented, and the designed activity for Telecommunication Engineers is shown. Results obtained by students and their experience performing the activity are also presented.Peer ReviewedPostprint (published version

The star formation history of Gaia white dwarf population through its colour-magnitude diagram

White dwarfs are the most common stellar remnants. Furthermore, as being old objects, their study could shed new light on different questions related to the history, formation and evolution of the Galaxy. Despite these objects have been broadly studied from a theoretical point of view, the observational data has been limited to a poor statistical sample, due to the intrinsic low luminosity of white dwarfs. However, thanks to the recent Gaia EDR3, for the first time, a significant sample of the White dwarf population of our Galaxy, containing around 13,000 objects up to 100 pc from the Sun, has been obtained. Such data, in particular its color-magnitude diagram, provides the ideal scenario for extracting the maximum information. This communication reports a work-in-progress of a widely applied technique for recovering the star formation history of galaxies through its color-magnitude diagram applied, in this case, for first time to the local White dwarf population.Peer ReviewedPostprint (published version

El servicio de espectroscopía de la Universidad de Barcelona

La colección de instrumentos científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona incluye varios espectroscopios de distintos tipos. A partir del estudio de dichos espectroscopios, se presenta una aproximación al desarrollo de la espectroscopía en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Barcelona. En este trabajo, considerando el contexto del distinto instrumental mencionado, se toma como punto de partida la conclusión de una tesis doctoral leída en el año 1954 por José Mª Codina Vidal, con el título "Una contribución a la espectrografía cuantitativa" dirigida por el catedrático Isidro Pólit Boixareu (1880 – 1958) y constando en el tribunal además de propio director un catedrático de la Universidad de Madrid, otro de la de Zaragoza y dos de la de Barcelona. Ello dio origen a una serie de contactos entre estos investigadores de las diferentes secciones de la Facultad de Ciencias que consiguieron, a través del entonces catedrático de Óptica, Mariano Velasco Durántez (1897 – 1984) que propusiera en la Junta de Facultad de Ciencias de Barcelona del día 4 de noviembre de 1954 la creación del Servicio de Espectroscopía de la UB. La propuesta fue aprobada y meses más tarde se iniciaron los primeros pasos, de modo que en 1956 ya se poseía un local específico y una dotación básica de instrumentación, todo ello bajo el recién constituido Servicio de Espectroscopía de la UB. Los servicios suministrados estaban dirigidos por el Dr. José Mª Codina Vidal, que fue su director hasta el año 1967, cuando fue substituido por el mencionado Dr. Velasco. En la comunicación se presenta un resumen de cómo fue evolucionando este servicio en sus diversas facetas. Para dar una idea del crecimiento y progreso, presentamos los informes de dos años: 1959 y 1974. El personal, pasó de un director y un auxiliar en 1959 a un director, tres especialistas y un auxiliar en 1974. El equipamiento, que sólo constaba de dos espectrofotómetros en 1969, creció a cinco espectrofotómetros, dos espectrógrafos, un espectro-polarímetro y diversos accesorios de fotometría, densitometría y fuentes de iluminación en 1974. En cuanto al número de servicios o actividades realizadas, en 1959 se habían realizado 326 espectros, mientras que en 1974 la cifra era de un total de 3.776 espectros de distintos tipos. Con respecto a los centros y unidades atendidos, el servicio se inició con un reducido número de investigadores de la Facultad de Ciencias, pero en 1974 constaban nueve departamentos de la UB y diversos centros como el Departamento de Biología Molecular de la UAB, Instituto de Investigaciones Pesqueras, Instituto Emilio Gimeno, Instituto de Análisis y Ensayos de la Diputación, Patronato Juan de la Cierva, Ayuntamiento de Barcelona y un total de 29 espectrografías de emisión encargadas por diversas empresas. También hemos estudiado las reformas y cambios de ubicación. Paralelamente, en el año 1965, también se creó, en la misma Facultad de Ciencias de la UB, el Servicio de Microscopía Electrónica, que de manera similar fue también objeto de un notable desarrollo. En el año 1987 ambos servicios fueron agrupados y relocalizados en un nuevo edificio bajo el nombre de Servicios Científico Técnicos de la Universidad de Barcelona. El continuo crecimiento y expansión de las distintas técnicas y áreas asociadas a tecnología de análisis y técnicas de imagen y el incremento de centros específicos que emergieron en la zona del Parque Científico de la UB, instaurado en 1994, motivó la creación de una nueva macroestructura en el año 2010 con el nombre de Centros Científicos y Tecnológicos de la Universidad de Barcelona (CCiTUB). Finamente, es importante destacar que durante los días 27, 28 y 29 de mayo del año 1968 se celebró en Barcelona la primera Reunión Nacional del Comité Español de Espectroscopía.Peer ReviewedPostprint (published version

Development of a design and optimization tool for axial mirror supports of large telescopes

The present paper describes a parametric design and optimization tool [Support Optimization and Design Tool (SODT)], used to evaluate passive axial support positions on circular solid meniscus mirrors. The developed tool avoids the intrinsic limitations of methodologies of the reference literature, based on analytical formulations. A parametric finite element model of the mirror is generated from the user inputs and the support distribution is optimized in terms of the root mean square of the surface error (SFE). The optimization process is based on a hybrid optimization algorithm combining genetic algorithms and a gradient-based approach. The results are compared to the ones presented in the literature, evidencing minor discrepancies that can be basically attributed to differences in methodology and structural formulation, as it is discussed in the text. Finally, the finite element and optical postprocessing results are verified against industry-grade software: MSC Nastran® and Sigmadyne SigFit®.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Vintage optics: utilización de instrumentos históricos para la docencia de la Óptica

La Facultad de Física de la Universidad de Barcelona (UB) cuenta con una importante Colección de Instrumentos históricos que se han venido recuperando a lo largo de las últimas dos décadas, de los cuales, un nutrido grupo pertenece al área de la Óptica. Dentro de dicha labor de recuperación, se han realizado distintos trabajos de análisis de los instrumentos, no sólo a nivel histórico y de fabricación y adquisición del material, sino de sus relaciones con la docencia en las distintas asignaturas y departamentos de la Facultad a través de su historia, así como de sus detalles técnicos. Desde el curso 2019 – 2020 se oferta, en el Grado de Física de la UB, una asignatura de libre elección, de 6 créditos, denominada “Tecnología Vintage. Medidas con instrumentación antigua”, a modo de prácticas optativas. Antes de formalizar la matrícula de la asignatura, el alumno decide junto con el profesor la temática y el instrumento (o conjunto de estos) relacionado con dicha área, que puede versar tanto en la demostración de una ley de la Óptica como en la medida de una magnitud concreta. A lo largo del semestre, el alumno estudia el marco histórico y el contexto científico y experimenta con el instrumento, que puede comparar con modelos más modernos de ese mismo instrumental u otras técnicas. Esto le permite entender conceptos y experimentar, de primera mano, la evolución de las ideas de modo más visual, tal como se realizaba en el siglo XIX con la enseñanza de la Física Experimental y también en las experiencias de cátedra. La comparación con instrumentos actuales les muestra la considerable mejora, y avance de la ciencia experimental, así como el incremento de la facilidad y rapidez en las mediciones, al mismo tiempo que pueden comparar el funcionamiento, proceso de medida y calidad de los resultados obtenidos con ellos, pudiendo extraer notables conclusiones. En consecuencia, creemos que esta metodología de trabajo es un buen sistema para iniciar a los alumnos en la materia que está emergiendo globalmente: la HPS (History and Philosophy of Science), a la par que permite reforzar conceptos fundamentales. Como muestra de esta experiencia, en esta comunicación exponemos resultados obtenidos por alumnos que han cursado la asignatura. Extraemos a título de ejemplo dos casos: A) la comparación de la medida de focales de lentes con un focómetro de 1890 frente a medidas con un frontofocómetro actual (Indo LM350); y B) las medidas de concentración de glucosa con tres polarímetros, uno de 1890 del fabricante Ph. Pellin, otro portátil o de bolsillo de Hellige & Co.Freiburg de 1920 y otro de Steeg & Reuter del año 1960.Peer ReviewedPostprint (published version

3D printed telescopes: an interesting tool for teaching Astronomy, Science and Technology

3D printing technologies experienced a huge evolution both in techniques and applications since its invention in the early 1980s. Fused Deposition Modelling (FDM) was the first term used to describe an additive manufacturing technique and from that point on, many different ways of 3D printing have been developed to fulfil a variety of needs. Nowadays, 3D printing has become more accessible to the general public because of the big drop in prices caused by the big technical developments. As a result of that, a community of “makers” has been taking shape internationally making access to designs and advice easier. 3D printing is without a doubt one of the key developments of the last decades and covers from highly technical research fields (like medicine-related investigations) to individual makers or even educational programs to encourage young people to create. As a result of that, it can be seen daily that the so-called 3D printing has gained a big amount of fame between fabrication processes for its accessibility and ease of use, it only takes a computer, a 3D printer and time. On behalf of that, an idea for a final degree thesis was proposed: designing and printing using fused deposition modelling a telescope for astronomical and educational purposes. The main goal of the project is to, first check the capabilities of the 3D printing technology to build telescopes for amateur astronomers, comparing its performance with the current commercial products, and secondly, to develop a set of educational resources that permit the easy construction of low-cost custom instruments for the teaching and diffusion of Astronomy and Space Science. The set of resources derived from this project will be an interesting tool for Astronomy beginners, Engineering and Science students, teachers, and makers. In this work, we summarise the current status of the project and the results obtained with the first built prototype, as well as the design and choices made to fulfil our needs in a practical and feasible way. Last but not least, a list of possible educational activities to be carried out with the developed resources will be exposed