Una mesa óptica es una plataforma de control de vibraciones que se utiliza para apoyar los sistemas utilizados para experimentos, ingeniería y fabricación relacionados con el láser y la óptica . Las superficies de estas mesas están diseñadas para ser muy rígidas con una mínima deflexión para que la alineación de los elementos ópticos se mantenga estable en el tiempo. [1] Muchos sistemas ópticos requieren que la vibración de los elementos ópticos se mantenga pequeña. Como resultado, las mesas ópticas suelen ser muy pesadas e incorporan características de amortiguación y aislamiento de vibraciones en su estructura. Muchos utilizan aisladores neumáticos que actúan como filtros mecánicos de paso bajo., reduciendo la capacidad de las vibraciones en el piso de causar vibraciones en el tablero de la mesa. [2]
La superficie de una mesa óptica es típicamente de acero inoxidable con una rejilla rectangular de orificios roscados en unidades métricas o imperiales:
Las placas de prueba , los bancos y los rieles ópticos son estructuras más simples que realizan una función similar a las mesas ópticas. Estos se utilizan en la enseñanza y en la investigación y el desarrollo , y a veces también se utilizan para soportar sistemas ópticos alineados permanentemente en dispositivos terminados como láseres.
Explicación
En los sistemas ópticos, especialmente aquellos que involucran interferometría , la alineación de cada componente debe ser extremadamente precisa, precisa hasta una fracción de una longitud de onda, generalmente unos pocos cientos de nanómetros . Incluso pequeñas vibraciones o tensiones en la mesa sobre la que están colocados los elementos pueden provocar el fracaso total de un experimento. Por lo tanto, se requiere una mesa extremadamente rígida que no se mueva ni se flexione, incluso bajo cargas o vibraciones cambiantes. La superficie de la mesa también debe ser bastante plana, para permitir que los soportes ópticos de precisión hagan un buen contacto con la mesa sin balancearse y facilitar el montaje del sistema óptico.
Materiales y construccion
Los tableros de mesa ópticos anteriores a veces estaban hechos de una gran losa de granito o diabasa muy pulida . [3] [4] Estos materiales son muy densos y rígidos, lo que inhibe la flexión y el movimiento de la superficie, mejorando la estabilidad del sistema óptico. Las superficies se pueden rectificar de forma extremadamente plana, lo que es beneficioso para la alineación de los sistemas ópticos. Sin embargo, estas mesas eran muy pesadas y caras y no amortiguaban bien las vibraciones. [3] [4] El montaje de componentes en una superficie de granito también es difícil. El granito y la diabasa todavía se usan para superficies planas de precisión más pequeñas, pero las mesas ópticas hechas de estos materiales no están comúnmente disponibles en la actualidad.
Las mesas ópticas modernas suelen estar hechas de láminas superior e inferior de acero , aluminio o fibra de carbono , separadas por una gruesa estructura de celosía en forma de panal . La superficie generalmente tiene una cuadrícula de orificios roscados que permiten atornillar los componentes para adaptarse al diseño del sistema óptico. Los componentes también se pueden sujetar a la superficie de acero mediante bases magnéticas . A menudo, las patas de la mesa son amortiguadores de vibraciones neumáticos . Para configuraciones aún más precisas, también se evitan los movimientos de aire y los gradientes de temperatura encerrando la superficie en una caja de plástico transparente como Plexiglas . También se puede utilizar una " caja de flujo ", un dispositivo que produce una corriente laminar de aire que fluye hacia abajo, que se mantiene a temperatura constante mediante un aire acondicionado especial .
El metal utilizado para construir mesas ópticas modernas tiene una velocidad de sonido más alta que el granito y, por lo tanto, una frecuencia más alta del primer modo propio . Cualquier vibración producida en la tabla siguiente [ dudoso ] esta frecuencia no produce una respuesta resonante, lo que hace que la configuración sea menos sensible a las vibraciones de ópticas motorizadas, bombas de agua de refrigeración, etc. Se puede agregar amortiguación de vibraciones a las tablas durante su construcción. Al igual que con la estructura compuesta del granito, la combinación de varios materiales rígidos con diferentes velocidades de sonido produce una mesa para la que se amortiguan críticamente una amplia gama de vibraciones . Se utilizan fluidos viscosos entre los materiales rígidos para ayudar en la amortiguación.
Tableros de pruebas
Una alternativa a una mesa óptica es una placa de pruebas óptica . Algunos sistemas ópticos usan placas de prueba hechas de aluminio sólido para su posterior integración con un sistema más grande con alguna forma de control de vibraciones. La mayoría de las placas ópticas están construidas con láminas de acero, aluminio o fibra de carbono con estructura de panal y se pueden colocar en una mesa o banco de trabajo ordinario. Las placas de prueba no son tan buenas como las mesas ópticas, pero pesan menos y son adecuadas para sistemas ópticos más pequeños que no requieren niveles extremadamente altos de estabilidad mecánica. El bajo peso permite apoyar estas mesas sobre muelles de aire blando que reducen las vibraciones provenientes del piso, aunque esto aumenta las vibraciones debidas al ruido acústico .
La estructura de panal reduce la flexión debido al propio peso de la placa de prueba, por lo que puede inclinarse y las fuerzas aplicadas a través de los soportes de resorte blando aceleran la mesa en su conjunto sin desalineación. Por lo tanto, las placas de prueba se pueden utilizar en aplicaciones móviles, como en aviones. Además, se puede atornillar una placa de pruebas a una mesa óptica, construir un módulo del experimento en ella y luego transferir el módulo en su totalidad a otra mesa sin la necesidad de realinear los componentes de la placa de pruebas. De manera similar, los dispositivos ópticos hechos a medida se ensamblan y alinean en placas de prueba, que luego se guardan en una caja y se envían al cliente.
Rieles y bancos
Un banco óptico o riel óptico es una pieza de hardware más simple que proporciona una pista lineal (oa veces curva) a lo largo de la cual montar elementos ópticos. A menudo se utilizan para experimentos sencillos, especialmente para demostraciones en el aula. Dichos rieles suelen estar hechos de acero y están diseñados para ser muy rígidos, con características que permiten atornillar los soportes de los componentes ópticos y desplazarlos fácilmente a lo largo del riel. Los rieles son comunes en ensamblajes láser donde la trayectoria del rayo viaja en un solo eje.
Un ejemplo más sofisticado es el banco óptico toroidal de cerámica de carburo de silicio en la nave espacial Gaia (ilustrada), que soporta varios instrumentos ópticos. [5] [6]
Referencias
- ^ "Aproximación de la deflexión del haz del mundo real" . www.newport.com . Consultado el 15 de marzo de 2016 .
- ^ "La necesidad de mesas ópticas" . Consultado el 3 de enero de 2014 .
- ^ a b Fisher, James. "Lo que debes saber sobre las mesas ópticas" (PDF) . Newport. pag. 2 . Consultado el 5 de octubre de 2017 .
- ^ a b Newport Corporation. "Control de vibraciones" . Photonics.com . Consultado el 18 de octubre de 2012 .
- ^ "El toro de Gaia está completo" . Agencia Espacial Europea. 28 de julio de 2009 . Consultado el 4 de enero de 2014 .
- ^ "Diagrama esquemático del toro de Gaia" . Agencia Espacial Europea. 28 de julio de 2009 . Consultado el 4 de enero de 2014 .
enlaces externos
- Simulación de banco óptico
- Simulador de mesa óptica
- Fundamentos del aislamiento de vibraciones para mesas ópticas