Оптический стол
Оптический стол — это платформа контроля вибрации , которая используется для поддержки систем, используемых для лазерных и оптических экспериментов в науке , технике и производстве . Поверхности этих столов спроектированы так, чтобы быть очень жесткими с минимальными отклонениями, поэтому выравнивание оптических элементов остается стабильным с течением времени. [1] Многие оптические системы требуют, чтобы вибрация оптических элементов была минимальной. В результате оптические столы обычно очень тяжелые и имеют в своей конструкции функции виброизоляции и демпфирования. Многие используют пневматические изоляторы, которые действуют как механические фильтры нижних частот , уменьшая способность вибраций пола вызывать вибрации столешницы. [2]
Поверхность оптического стола обычно изготовлена из нержавеющей стали с прямоугольной сеткой резьбовых отверстий в метрических или британских единицах измерения:
Оптические макеты , скамейки и направляющие — это более простые конструкции, выполняющие ту же функцию, что и оптические столы. Они используются в обучении, исследованиях и разработках , а также иногда используются для поддержки постоянно ориентированных оптических систем в готовых устройствах, таких как лазеры.
Объяснение
[ редактировать ]В оптических системах, особенно в тех, которые используют интерферометрию , юстировка каждого компонента должна быть чрезвычайно точной — с точностью до долей длины волны — обычно несколько сотен нанометров . Даже небольшие вибрации или деформации стола, на котором установлены элементы, могут привести к полному провалу эксперимента. Следовательно, требуется чрезвычайно жесткий стол, который не двигается и не прогибается даже при изменяющихся нагрузках или вибрациях. Поверхность стола также должна быть достаточно плоской, чтобы прецизионные оптические крепления имели хороший контакт со столом без раскачивания и облегчали сборку оптической системы.
Материалы и конструкция
[ редактировать ]Раньше столешницы для оптических приборов иногда делались из больших плит полированного гранита или диабаза . [3] [4] Эти материалы очень плотные и жесткие, что препятствует изгибу и движению поверхности, улучшая стабильность оптической системы. Поверхности можно отшлифовать до очень плоского состояния, что полезно для выравнивания оптических систем. Однако такие столы были очень тяжелыми и дорогими и плохо гасили вибрации. [3] [4] Монтаж компонентов на гранитную поверхность также затруднен. Гранит и диабаз по-прежнему используются для небольших прецизионных плоских поверхностей, но оптические столы, изготовленные из этих материалов, сегодня широко доступны.
Современные оптические столы обычно изготавливаются из верхних и нижних листов стали , алюминия или углеродного волокна , разделенных толстой сотовой решетчатой структурой. Поверхность обычно имеет сетку резьбовых отверстий, которые позволяют крепить компоненты болтами в соответствии с компоновкой оптической системы. Компоненты также могут удерживаться на стальной поверхности с помощью магнитных оснований . Часто ножки стола представляют пневматические виброгасители собой . Для еще более точной настройки можно также предотвратить движение воздуха и перепады температур, поместив поверхность в коробку из прозрачного пластика, такого как оргстекло . Можно также использовать « проточную коробку » — устройство, которое создает ламинарный поток воздуха, идущий вниз, при постоянной температуре, поддерживаемой специальным кондиционером .
Металл, используемый для изготовления современных оптических столов, имеет более высокую скорость звука, чем гранит , и, следовательно, более высокую частоту первой собственной моды . Любая вибрация, возникающая в таблице ниже [ сомнительно – обсудить ] эта частота не вызывает резонансного отклика, что делает установку менее чувствительной к вибрациям от моторизованной оптики, насосов охлаждающей воды и т. д. Демпфирование вибраций может быть добавлено к столам во время их изготовления. Как и в случае с композитной структурой гранита, сочетание нескольких жестких материалов с разными скоростями звука создает стол, который критически демпфирует широкий диапазон вибраций . Вязкие жидкости используются между жесткими материалами для облегчения демпфирования.
Макеты
[ редактировать ]Альтернативой оптическому столу является оптический макет . В некоторых оптических системах используются макеты из цельного алюминия для последующей интеграции с более крупной системой с той или иной формой контроля вибрации. Большинство оптических макетов изготовлены излисты стали, алюминия или углеродного волокна с сотовой структурой, которые можно разместить на обычном столе или верстаке. Макеты не так хороши, как оптические столы, но весят меньше и подходят для небольших оптических систем, не требующих чрезвычайно высокого уровня механической стабильности. Небольшой вес позволяет поддерживать эти столы на мягких пневматических пружинах, которые уменьшают вибрации, исходящие от пола, хотя это увеличивает вибрации из-за акустического шума .
Сотовая структура уменьшает изгиб под действием собственного веса макетной платы, поэтому ее можно наклонять, а силы, приложенные через мягкие пружинные опоры, ускоряют стол в целом без смещения. Таким образом, макеты можно использовать в мобильных приложениях, например, в самолетах. Также можно прикрутить макет к оптическому столу, построить на нем модуль эксперимента, а затем перенести модуль целиком на другой стол без необходимости перекомпоновки компонентов на макете. Аналогичным образом, оптические устройства, изготовленные по индивидуальному заказу, собираются и выравниваются на макетах, которые затем помещаются в корпус и отправляются заказчику.
Перила и скамейки
[ редактировать ]
или Оптическая скамья оптическая направляющая — это более простое оборудование, которое обеспечивает линейную (или иногда изогнутую) дорожку, вдоль которой можно устанавливать оптические элементы. Их часто используют для простых экспериментов, особенно для демонстраций в классе. Такие направляющие обычно изготавливаются из стали и имеют очень жесткие характеристики, позволяющие прикручивать держатели оптических компонентов болтами и легко перемещать их по длине направляющих. Рельсы часто встречаются в лазерных сборках, где путь луча движется по одной оси.
Более сложный пример — тороидальная оптическая скамья из карбидокремниевой керамики на космическом корабле Gaia (на рисунке), на которой установлено несколько оптических приборов. [5] [6]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Приближение реального отклонения луча» . www.newport.com . Проверено 15 марта 2016 г.
- ^ «Необходимость оптических таблиц» . Проверено 3 января 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Фишер, Джеймс. «Что следует знать об оптических столах» (PDF) . Ньюпорт. п. 2 . Проверено 5 октября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Корпорация Ньюпорт. «Контроль вибрации» . Фотоника.com . Проверено 18 октября 2012 г.
- ^ «Тор Геи завершен» . Европейское космическое агентство. 28 июля 2009 года . Проверено 4 января 2014 г.
- ^ «Принципиальная схема тора Геи» . Европейское космическое агентство. 28 июля 2009 года . Проверено 4 января 2014 г.