Una mesa óptica es una plataforma de control de vibraciones que se utiliza para soportar sistemas utilizados en experimentos relacionados con el láser y la óptica en ciencia , ingeniería y fabricación . 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 usan aisladores neumáticos que actúan como filtros mecánicos de paso bajo , reduciendo la capacidad de las vibraciones en el piso para causar vibraciones en 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 protoboards , bancos y rieles ópticos son estructuras más simples que realizan una función similar a las mesas ópticas. Se utilizan en la enseñanza y en la investigación y el desarrollo , y en ocasiones también se utilizan para soportar sistemas ópticos alineados permanentemente en dispositivos terminados como los láseres.
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 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 las monturas ópticas de precisión hagan un buen contacto con la mesa sin balancearse y facilitar el montaje del sistema óptico.
Los tableros de las mesas ópticas anteriores a veces estaban hechos de una gran losa de granito o diabasa altamente 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 de forma extremadamente plana, lo que resulta beneficioso para la alineación de sistemas ópticos. Sin embargo, estas mesas eran muy pesadas y caras y no amortiguaban bien las vibraciones. [3] [4] Montar 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 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 suele tener una rejilla de orificios roscados que permiten atornillar los componentes para adaptarlos 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 del aire y los gradientes de temperatura encerrando la superficie en una caja de plástico transparente como el plexiglás . También se puede utilizar una " flowbox ", 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 mesas ópticas modernas tiene una velocidad de sonido mayor que el granito y, por lo tanto, una frecuencia más alta del primer modo propio . Cualquier vibración producida en la tabla a continuación [ dudoso ] esta frecuencia no produce una respuesta resonante, lo que hace que la configuración sea menos sensible a las vibraciones de la óptica motorizada, 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 de granito, la combinación de varios materiales rígidos con diferentes velocidades de sonido produce una mesa en la que se amortigua de manera crítica una amplia gama de vibraciones . Se utilizan fluidos viscosos entre los materiales rígidos para ayudar en 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 vibración. 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 sobre 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 muelles neumáticos blandos que reducen las vibraciones provenientes del suelo, aunque esto aumenta las vibraciones debidas al ruido acústico .
La estructura de panal reduce la flexión debido al propio peso de la placa, por lo que se puede inclinar y las fuerzas aplicadas a través de los suaves soportes de resorte aceleran la mesa en su conjunto sin desalineación. Por lo tanto, las placas de pruebas se pueden utilizar en aplicaciones móviles, como en aviones. Además, se puede atornillar una placa a una mesa óptica, construir un módulo del experimento en ella y luego transferir el módulo como un todo a otra mesa sin la necesidad de realinear los componentes en la placa. De manera similar, los dispositivos ópticos hechos a medida se ensamblan y alinean en placas de pruebas, que luego se guardan 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 montar elementos ópticos. A menudo se utilizan para experimentos sencillos, especialmente para demostraciones en el aula. Estos rieles suelen estar hechos de acero y diseñados para ser muy rígidos, con características que permiten atornillar y desplazar fácilmente los soportes de los componentes ópticos a lo largo del riel. Los rieles son comunes en los conjuntos de láser donde la trayectoria del haz viaja sobre un solo eje.
Un ejemplo más sofisticado es el banco óptico toroidal cerámico de carburo de silicio de la nave espacial Gaia (ilustrado), que soporta varios instrumentos ópticos. [5] [6]
