光学テーブル

光学テーブルは、科学、工学、製造におけるレーザーや光学関連の実験に使用されるシステムをサポートするために使用される振動制御プラットフォームです。これらのテーブルの表面は、光学素子の配置が長期間にわたって安定したままになるように、たわみが最小限で非常に剛性が高く設計されています。^[1]多くの光学システムでは、光学素子の振動を小さく抑える必要があります。その結果、光学テーブルは一般に非常に重く、その構造に振動絶縁および減衰機能が組み込まれています。多くの光学テーブルでは、機械的なローパスフィルターとして機能する空気圧アイソレーターを使用しており、床の振動がテーブルトップの振動を引き起こす可能性を低減しています。^[2]

光学テーブルの表面は通常ステンレス鋼で、メートル法またはヤードポンド法のタップ穴が長方形のグリッドに刻まれています。

• メートル法: 25 mm グリッド上のM6
• インペリアル: 1インチ (25.4 mm) グリッド上の¼"-20 UNC

光学ブレッドボード、ベンチ、レールは、光学テーブルと同様の機能を果たすよりシンプルな構造です。これらは教育や研究開発に使用され、レーザーなどの完成機器で恒久的に調整された光学システムをサポートするために使用されることもあります。

光学システム、特に干渉計を使用するシステムでは、各コンポーネントの配置は極めて正確でなければなりません。波長の何分の一か、通常は数百ナノメートルの精度が必要です。要素が設置されているテーブルに小さな振動や歪みがあっても、実験が完全に失敗する可能性があります。したがって、負荷や振動が変化しても動くことも曲がることもない、極めて剛性の高いテーブルが必要です。テーブルの表面は、精密な光学マウントが揺れることなくテーブルとしっかりと接触し、光学システムの組み立てを容易にするために、非常に平坦でなければなりません。

以前の光学テーブルトップは、高度に研磨された花崗岩やダイアベース（輝緑岩）の大きな板で作られることもありました。^{[3] [4]}これらの材料は密度が高く硬いため、表面のたわみや動きが抑えられ、光学系の安定性が向上します。表面を極めて平らに研磨できるため、光学系の位置合わせに便利です。ただし、このようなテーブルは非常に重く、高価で、振動をうまく減衰できませんでした。^{[3] [4]}花崗岩の表面に部品を取り付けるのも困難です。花崗岩やダイアベースは、より小さな精密な平面に今でも使用されていますが、これらの材料で作られた光学テーブルは現在では一般的に入手できません。

現代の光学テーブルは、通常、厚いハニカム格子構造で区切られた鋼鉄、アルミニウム、またはカーボンファイバーの上部シートと下部シートで作られています。表面には通常、ネジ穴のグリッドがあり、光学システムのレイアウトに合わせてコンポーネントをボルトで固定できます。コンポーネントは、磁気ベースによって鋼鉄表面に保持されることもあります。テーブルの脚は、空気圧振動ダンパーであることがよくあります。さらに正確なセットアップを行うには、プレキシグラスなどの透明プラスチックの箱で表面を囲むことで、空気の動きと温度勾配を防ぎます。また、「フローボックス」を使用することもできます。これは、特別な空調によって一定温度に保たれた、下向きの層流の空気を生成する装置です。

現代の光学テーブルの製造に使用されている金属は、花崗岩よりも音速が速いため、第 1固有モードの周波数が高くなります。テーブル上でこの周波数より低い振動が発生しても^{[疑わしい–議論が必要]}、共振応答は生成されないため、電動光学系、冷却水ポンプなどからの振動に対するセットアップの感度が低下します。テーブルの製造中に振動減衰が追加されることがあります。花崗岩の複合構造と同様に、音速の異なるいくつかの硬い材料を組み合わせると、広範囲の振動が臨界的に減衰されるテーブルが生成されます。減衰を助けるために、硬い材料の間に粘性流体が使用されます。

光学テーブルの代替として、光学ブレッドボードがあります。一部の光学システムでは、後で何らかの振動制御を備えたより大きなシステムに統合するために、固体アルミニウム製のブレッドボードを使用します。ほとんどの光学ブレッドボードは、ハニカム構造のスチール、アルミニウム、またはカーボンファイバーシートで作られており、通常のテーブルまたは作業台に置くことができます。ブレッドボードは光学テーブルほど優れていませんが、軽量で、非常に高いレベルの機械的安定性を必要としない小型の光学システムに適しています。軽量であるため、これらのテーブルを柔らかい空気バネで支えることができ、床からの振動が軽減されますが、音響ノイズによる振動は増加します。

ハニカム構造によりブレッドボードの自重によるたわみが軽減されるため、傾けることができ、柔らかいスプリング サポートを介して加えられた力によって、テーブル全体がずれることなく加速されます。そのため、ブレッドボードは飛行機などのモバイル アプリケーションで使用できます。また、ブレッドボードを光学テーブルにボルトで固定し、その上で実験のモジュールを組み立ててから、ブレッドボード上のコンポーネントを再調整することなく、モジュール全体を別のテーブルに移動することもできます。同様に、カスタム ビルドの光学デバイスはブレッドボード上で組み立てられ、調整された後、ケースに収められて顧客に出荷されます。

光学ベンチまたは光学レールは、光学素子を取り付けるための直線 (または曲線) トラックを提供する、よりシンプルなハードウェアです。これらは、特に教室でのデモンストレーションなどの簡単な実験によく使用されます。このようなレールは通常、スチール製で非常に頑丈に設計されており、光学コンポーネントのホルダーをボルトで固定してレールの長さに沿って簡単に移動できる機能を備えています。レールは、ビーム パスが 1 つの軸上を移動するレーザー アセンブリでよく使用されます。

より洗練された例としては、ガイア宇宙船（図参照）に搭載されたシリコンカーバイドセラミックトロイダル光学ベンチがあり、これは複数の光学機器を支えている。^{[5] [6]}

• 光学ケージシステム

• 光学テーブルシミュレータ
• 光学テーブルの振動絶縁の基礎