Mesa óptica - Optical table
Uma mesa óptica é uma plataforma de controle de vibração usada para suportar sistemas usados para laser - e experimentos relacionados à óptica , engenharia e manufatura . As superfícies dessas mesas são projetadas para serem muito rígidas com deflexão mínima, para que o alinhamento dos elementos ópticos permaneça estável ao longo do tempo. Muitos sistemas ópticos exigem que a vibração dos elementos ópticos seja mantida pequena. Como resultado, as mesas ópticas são normalmente muito pesadas e incorporam isolamento de vibração e recursos de amortecimento em sua estrutura. Muitos usam isoladores pneumáticos que atuam como filtros passa-baixa mecânicos , reduzindo a capacidade das vibrações no piso de causar vibrações no tampo da mesa.
A superfície de uma mesa óptica é normalmente de aço inoxidável com uma grade retangular de orifícios roscados em unidades métricas ou imperiais:
Pranchas de ensaio , bancos e trilhos óticos são estruturas mais simples que desempenham uma função semelhante às mesas óticas. Eles são usados no ensino e em pesquisa e desenvolvimento , e às vezes também são usados para apoiar sistemas ópticos alinhados permanentemente em dispositivos acabados, como lasers.
Explicação
Em sistemas ópticos, especialmente aqueles que envolvem interferometria , o alinhamento de cada componente deve ser extremamente preciso - preciso até uma fração de um comprimento de onda - geralmente algumas centenas de nanômetros . Mesmo pequenas vibrações ou tensões na mesa em que os elementos são dispostos podem levar ao fracasso completo de um experimento. Conseqüentemente, é necessária uma mesa extremamente rígida que não se move nem flexiona, mesmo sob mudanças de cargas ou vibrações. A superfície da mesa também deve ser bastante plana, para permitir que os suportes ópticos de precisão façam um bom contato com a mesa sem balançar e facilitar a montagem do sistema óptico.
Materiais e construção
Os tampos de mesa ópticos anteriores às vezes eram feitos de uma grande laje de granito ou diabásio altamente polido . Esses materiais são muito densos e rígidos, o que inibe a flexão e o movimento da superfície, melhorando a estabilidade do sistema óptico. As superfícies podem ser retificadas extremamente planas, o que é benéfico para o alinhamento de sistemas ópticos. Essas mesas eram muito pesadas e caras, no entanto, e não faziam um bom trabalho de amortecimento de vibrações. Montar componentes em uma superfície de granito também é difícil. Granito e diabásio ainda são usados para superfícies planas de precisão menores, mas mesas ópticas feitas desses materiais não estão comumente disponíveis hoje.
As mesas ópticas modernas são normalmente feitas de folhas superiores e inferiores de aço , alumínio ou fibra de carbono , separadas por uma estrutura de treliça espessa em forma de favo de mel . A superfície geralmente possui uma grade de orifícios roscados que permitem que os componentes sejam aparafusados para caber no layout do sistema óptico. Os componentes também podem ser mantidos na superfície do aço por bases magnéticas . Freqüentemente, as pernas da mesa são amortecedores pneumáticos de vibração . Para configurações ainda mais precisas, também evita-se os movimentos do ar e gradientes de temperatura envolvendo a superfície em uma caixa de plástico transparente, como Plexiglass . Pode-se também usar um " flowbox ", dispositivo que produz uma corrente laminar de ar fluindo para baixo, mantida em temperatura constante por um ar condicionado especial .
O metal usado para construir as mesas ópticas modernas tem uma velocidade de som mais alta do que o granito e, portanto, uma frequência mais alta do primeiro modo próprio . Qualquer vibração produzida na tabela abaixo desta frequência não produz uma resposta ressonante, tornando a configuração menos sensível às vibrações da ótica motorizada, bombas de água de resfriamento, etc. O amortecimento de vibração pode ser adicionado às tabelas durante sua construção. Tal como acontece com a estrutura composta do granito, a combinação de vários materiais rígidos com diferentes velocidades de som produz uma mesa para a qual uma ampla gama de vibrações é criticamente amortecida . Fluidos viscosos são usados entre os materiais rígidos, para ajudar no amortecimento.
Tábuas de pão
Uma alternativa para uma mesa óptica é uma placa de ensaio óptica . Alguns sistemas ópticos usam placas de ensaio feitas de alumínio sólido para integração posterior com um sistema maior com alguma forma de controle de vibração. A maioria das placas de ensaio ópticas são construídas em aço, alumínio ou folhas de fibra de carbono com estrutura em favo de mel e podem ser colocadas em uma mesa comum ou bancada de trabalho. As tábuas de ensaio não são tão boas quanto as mesas ópticas, mas pesam menos e são adequadas para sistemas ópticos menores que não requerem níveis extremamente altos de estabilidade mecânica. O baixo peso permite apoiar essas mesas em molas de ar macias que reduzem as vibrações vindas do chão, embora aumentem as vibrações devido ao ruído acústico .
A estrutura em colmeia reduz a flexão devido ao próprio peso da placa de ensaio, de modo que ela pode ser inclinada e as forças aplicadas por meio dos suportes de mola macia aceleram a mesa como um todo sem desalinhamento. As placas de ensaio podem, portanto, ser usadas em aplicativos móveis, como em aviões. Além disso, pode-se aparafusar uma placa de ensaio em uma mesa óptica, construir um módulo do experimento nela e, em seguida, transferir o módulo como um todo para outra mesa, sem a necessidade de realinhar os componentes na placa de ensaio. Da mesma forma, dispositivos óticos personalizados são montados e alinhados em placas de ensaio, que são então colocadas em uma caixa e enviadas para o cliente.
Trilhos e bancos
Uma bancada ótica ou trilho ótico é uma peça de hardware mais simples que fornece uma trilha linear (ou às vezes curva) ao longo da qual os elementos óticos são montados. Eles são freqüentemente usados para experimentos simples, especialmente para demonstrações em sala de aula. Esses trilhos são normalmente feitos de aço e projetados para serem muito rígidos, com recursos que permitem que os suportes para componentes ópticos sejam aparafusados e facilmente deslocados ao longo do comprimento do trilho. Os trilhos são comuns em montagens de laser, onde o caminho do feixe viaja em um único eixo.
Um exemplo mais sofisticado é a bancada ótica toroidal de cerâmica de carboneto de silício na espaçonave Gaia (ilustrada), que suporta vários instrumentos óticos.
