Потребность в оптических столах
Создание безвибрационной среды – одна из главных проблем в процессе постановки эксперимента в любой научно-исследовательской лаборатории. В решении данной задачи необходим комплексный подход, ведь колебания воздуха создаются и кондиционерами, и тепловыми насосами. Нужно ли говорить о фоновом шуме окружающей среды в целом.
Оптические элементы требуют тщательной настройки и точного размещения, вследствие чего такие системы становятся еще более уязвимыми ко внешним источникам шума.
Чистота множества экспериментов так страдает из-за слабых колебаний среды, что порой проведение исследования становится просто невозможным. Вспомним лазерные установки, где ширина пучка составляет всего несколько микрон: если местоположение пятна принципиально важно для опыта (например, когда использован ионный лазера для накачки лазера на красителе струйного потока), то из-за колебаний амплитуд в микронном диапазоне эксперимент обречен на неудачу. Поскольку видимый свет имеет субмикронные длины волн, эксперименты на основе интерферометрии (включая голографию) также не могут быть осуществимы в присутствии вибраций, даже если их амплитуда крайне мала.
Оптическая, механическая обработка или зондирование полупроводниковых пластин требует такой же стабильности. Наконец, если в эксперименте используются механические элементы, которые движутся или вибрируют, часто необходимо вибрационно изолировать эти компоненты от всех других критически ориентированных оптических элементов.
Свойства оптических столов
Поверхность оптического стола, на которой размещена оптическая система, должна удовлетворять нескольким условиям. Практическое назначение каждого элемента представлено на рисунке 1. Во-первых, оптический стол должен служить надежной опорой для всех оптических элементов в течение длительного периода времени. Система не должна испытывать ни собственных вибрационных резонансов, ни колебаний атмосферы в лаборатории. Пространство экспериментальной установки должно быть полностью изолировано от внешних воздействий.
Если эти требования не удовлетворены, можно ожидать самых неожиданных результатов. Такие несоответствия отражаются на работе отдельных приборов и системы в целом. Экспериментальные данные могут быть сильно искажены случайным шумом, либо эти значения будут истолкованы и оценены неверно вследствие вибрационно-индуцированного шума. В последнем случае неверные показания влекут за собой негативные последствия и с практической точки зрения – это и время, и энергозатраты, и напрасное потребление ресурсов лаборатории…что и говорить о ситуациях, когда ошибки случаются на прототипах производственных сборок!
На данный момент разработано огромное количество оптических столов и макетных конструкций.
В идеальном варианте оптический стол должен иметь небольшую по габаритам жесткую и плоскую верхнюю поверхность. Оптический стол монтируется сейсмически, как правило, на пневматических рессорах, чтобы предотвратить смещение вибрации окружающего фона. В прошлом столешницы были построены из гранита, бетона, дерева, стали и множества необычных композитных структур в попытках увеличить производительность при сохранении размеров на допустимом уровне. Несмотря на то, что у каждого из этих материалов были преимущества и недостатки, наилучшие общие характеристики достигались с использованием сложной строительной техники. Таким образом, одетый металлический сот, зажатый между двумя плоскими пластинами (как показано на рисунке 2), в настоящее время общепринято считать лучшим материалом в изготовлении оптической настольной и оптической макетной конструкции.
Виброизоляция
Опоры и рамы предназначены для изоляции оптических столов и плит от внешних вибраций в помещении. Частотный диапазон таких волнений - от 4 до 100 Гц. Поскольку резкий перепад частот делают невозможным перенос энергии из одной формы в другую, Thorlabs разрабатывает собственные столешницы так, что их резонансные частоты намного превышают 100 Гц;
Благодаря столь большой разнице в резонансных частотах, энергия связи не может проходить между столешницей и системой поддержки оптического стола.
Как и в случае с любым другим высокоэффективным продуктом, разработка и дизайн оптических столов - это непрерывный поиск новых технологий и идей, способных повысить производительность.
Работа над проектами оптических столов в Thorlabs ведется в трех направлениях:
Серия оптических столов и плит Nexus® включает столешницы толщиной 210 мм, 310 мм или 460 мм, а плиты - толщиной 60 или 110 мм. Производственные мощности Thorlabs также доступны и для индивидуальных заказов.
Каждая столешница может быть соединена с одной из опорных конструкцией в зависимости от требуемого уровня изоляции: жесткими неизолирующими опорами, пассивными изоляторами с воздушной пружиной или активными самовыравнивающимися изоляторами.
Большинство популярных систем изоляции для оптических столов гасят вертикальные колебания, разделяя два воздушных резервуара через отверстие. Это может подавить и горизонтальные колебания, если сопоставить их с вертикальными модами механизма демпфирования двойного воздушного резервуара. В результате это приводит к неэффективному демпфированию второго порядка. Горизонтально расширенные активные изоляторы Thorlabs включают в себя длинный маятниковый механизм, разработанный специально для прямого горизонтального подавления колебаний.
© Thorlabs Inc.
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ
В обзоре сравниваются наиболее востребованные модели наносекундных лазеров производства Litron Lasers и СОЛАР ЛС, в том числе лазеры с модуляцией добротности с высокой и сверхвысокой энергией импульса, высокой частотой повторения импульсов, компактные лазеры и лазеры с диодной накачкой.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
