光学支撑振动

振动控制相关设备

光电系统的振动控制不仅与光学平台相关，光机械件也起到特定作用。...

精密运动对分辨率、速度、稳定性、精度和步进的要求越来越高。最佳应用效果的实现，不仅需要参数完美的特定设备，其机械设计和平台稳定性也要综合考虑。

为寻求整形、折叠和操纵光束方面的技术创新，光电系统的设计需要一定的“艺术”，比如引入新的光学元件或者组合多个光学元件。用以支撑、移动和控制光学元件的机械元件同样重要，可以稳定输出光路。当设计和使用不合理时，这些机械元件便会成为不稳定因素的来源。

振动控制光路不稳定的一个常见来源是振动。由隔振腿和光学平台构成的振动控制系统用于衰减环境振动的影响。光学平台是所有光机械组件的基础；其他光机械元件，包括调整架、支撑柱、支杆和位移台，用于固定光学元件，使光路不受环境振动的干扰。最终的隔振效果取决于由平台支撑结构、运动控制系统和光机械元件组成的整个“结构回路”。

光学支撑柱用于支撑调整架、探头或位移台，通常为不锈钢或铝结构，是光路搭建的基础。安装使用正确时，可以为光学元件提供刚性支撑，以达到合适的光路高度；反之，如果安装使用不正确，它们产生的细微振动会被错误地归咎于隔振平台或位移台。为了更深入了解这一效应，我们对直径0.5英寸、1英寸和1.5英寸的支撑柱（高度都是4英寸）进行了实验，以量化它们的结构特征。实验过程严格控制接触硬度，以避免支撑柱的共振。

支撑柱动态性能

支撑柱的动态性能通过其顺应性来表征，即支撑柱顶部的水平位移与支撑柱受力大小的比值。动态顺应性曲线可以表征光机械组件的固有频率和阻尼级别。

动态性能测试装置如上图，加速度计、支撑柱和螺丝等共0.1625磅的元件安装在Newport SmartTable®上。开启主动阻尼可以提供最稳定的平台表面，以便详细观察支撑柱的共振。

动态顺应性测试曲线

较高的（一阶）固有频率和较低的振幅对应较好的动态性能。测试结果显示，1英寸和1.5英寸的支撑柱性能相近，其中1英寸支撑柱频率较高，1.5英寸支撑柱振幅较低；而0.5英寸支撑柱频率最低、振幅最高，顺应性最差。在低频区域，0.5英寸支撑柱受力产生的位移是1英寸支撑柱的7倍，这是光机械系统的产品选型时需要注意的。此外，标准尺寸的光学平台（4英尺 x 8英尺）共振频率在250 – 275 Hz，可能对光学装置造成干扰，因此使用高阻尼或主动阻尼的光学平台可以减小风险。

光学延迟线

搭建光学延迟线需要组装隔振平台、光学元件和精密运动控制设备。光学延迟线通常应用于光学相干层析成像、二维红外光谱以及瞬态吸收光谱，不仅需要非常小的运动步进，还需要在光路运动时保持光位移的稳定。部分应用采用“步进——暂停——测量”模式，而另一些需要运动过程中的“同步测量”。后者需要刚度更高的组件，也要额外关注所有系统组件的固有频率。

Newport供应的ODL（Optical Delay Line）套件提供从100 nm位移台（对应0.67 fs时间延迟）到1250 nm位移台（对应8.33 fs时间延迟）的多种选择。ODL套件的稳定性专为精密应用设计，普遍选用1.0英寸直径、高度最小的支撑柱，以提供最稳定的表现。

根据前述测试结果，直径1.0英寸、高度4英寸的支撑柱，如果受到1磅的作用力，顶部仅移动108 nm，产生0.72 fs的延迟。微加工、探头校准、激光成像和光学材料表征等领域都需要这样的稳定性。

综上所述，振动控制和精密运动的实现，不仅依赖光学平台，也与光机械件的选择和安装相关。这些系统组件与电动位移台的正确搭配，是实现精密定位的基础。

IntegrityTM VCS——超稳性能，勇往直前

Newport IntegrityTM VCS振动控制系统，是为您的团队量身定做的高性价比系统。Newport专利的蜂窝结构和支撑架可以使您的精密仪器避免实验室振动的干扰，并提供最大刚度，让您的团队在竞争中领先；而独一无二的封孔设计也使清洁工作和取出不慎落入桌内的小零件变得更容易。

对于基础的光电应用，IntegrityTM VCS所提供的超稳性能和灵活性是您团队勇往直前的保障。