Una mesa óptica es una plataforma de control de vibraciones que se utiliza para soportar sistemas utilizados en experimentos relacionados con láser y óptica en ciencia , ingeniería y fabricación . Las superficies de estas mesas están diseñadas para ser muy rígidas con una deflexión mínima para que la alineación de los elementos ópticos permanezca estable a lo largo del 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 aislamiento y amortiguación de vibraciones en su estructura. Muchas utilizan aisladores neumáticos que actúan como filtros mecánicos de paso bajo , lo que reduce la capacidad de las vibraciones en el suelo para provocar vibraciones en la superficie de la mesa. [2]
La superficie de una mesa óptica suele ser de acero inoxidable con una rejilla rectangular de orificios roscados en unidades métricas o imperiales:
Las placas de pruebas , los bancos y los rieles ópticos son estructuras más simples que cumplen una función similar a las mesas ópticas. 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 los láseres.
En los sistemas ópticos, especialmente en aquellos que utilizan interferometría , la alineación de cada componente debe ser extremadamente precisa (hasta una fracción de longitud de onda , normalmente unos pocos cientos de nanómetros) . Incluso pequeñas vibraciones o tensiones en la mesa sobre la que se colocan 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.
Las primeras mesas ópticas se hacían a veces con 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 pulir hasta dejarlas extremadamente planas, lo que resulta 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 utilizan para superficies planas de precisión más pequeñas, pero las mesas ópticas hechas con estos materiales no están disponibles comúnmente en la actualidad.
Las mesas ópticas modernas suelen estar hechas de láminas superiores e inferiores de acero , aluminio o fibra de carbono , separadas por una gruesa estructura reticular en forma de panal . La superficie suele tener una rejilla de orificios roscados que permiten atornillar los componentes para que se adapten al diseño del sistema óptico. Los componentes también pueden sujetarse 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 el plexiglás . También se puede utilizar una " caja de flujo ", un dispositivo que produce una corriente laminar de aire que fluye hacia abajo, mantenida a temperatura constante mediante un aire acondicionado especial .
El metal utilizado para construir las mesas ópticas modernas tiene una velocidad del sonido más alta que el granito y , por lo tanto , una frecuencia más alta del primer modo propio . Cualquier vibración producida en la mesa por debajo de esta frecuencia no produce una respuesta resonante, lo que hace que la configuración sea menos sensible a las vibraciones de la óptica motorizada, las bombas de agua de refrigeración, etc. Se puede agregar amortiguación de vibraciones a las mesas durante su construcción. Al igual que con la estructura compuesta del granito, la combinación de varios materiales rígidos con diferentes velocidades del sonido produce una mesa para la que se amortigua críticamente una amplia gama de vibraciones . Se utilizan fluidos viscosos entre los materiales rígidos para ayudar a la amortiguación.
Una alternativa a una mesa óptica es una placa de pruebas óptica . Algunos sistemas ópticos utilizan placas de pruebas hechas de aluminio sólido para su posterior integración con un sistema más grande con algún tipo de control de vibraciones. La mayoría de las placas de pruebas 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 común. Las placas de pruebas 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 resortes de aire suaves que reducen las vibraciones provenientes del piso, aunque esto aumenta las vibraciones debido al ruido acústico .
La estructura en forma de panal reduce la flexión debida al propio peso de la placa de pruebas, por lo que se puede inclinar y las fuerzas aplicadas a través de los soportes de resorte blando aceleran la mesa en su conjunto sin desalinearla. Por lo tanto, las placas de pruebas 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 conjunto a otra mesa sin necesidad de realinear los componentes en la placa de pruebas. De manera similar, los dispositivos ópticos hechos a medida se ensamblan y alinean en placas de pruebas, que luego se encierran en una caja y se envían al cliente.
Un banco óptico o riel óptico es una pieza de hardware más simple que proporciona una pista lineal (o a veces curva) a lo largo de la cual se montan elementos ópticos. A menudo se utilizan para experimentos simples, especialmente para demostraciones en el aula. Estos rieles suelen estar hechos de acero y diseñados para ser muy rígidos, con características que permiten atornillar los soportes para los componentes ópticos y moverlos fácilmente a lo largo del riel. Los rieles son comunes en los conjuntos láser donde la trayectoria del haz se desplaza sobre un solo eje.
Un ejemplo más sofisticado es el banco óptico toroidal de cerámica de carburo de silicio en la nave espacial Gaia (ilustrado), que soporta varios instrumentos ópticos. [5] [6]
