光學(xué)平臺(tái)最主要的一個(gè)目標(biāo)是消除平臺(tái)上任意兩個(gè)以上部件之間的相對(duì)位移。大多數(shù)光學(xué)實(shí)驗(yàn)都對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有較高的要求。各種因素造成的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致儀器測(cè)量結(jié)果的不穩(wěn)定性和不準(zhǔn)確性，所以光學(xué)平臺(tái)顯得十分重要。

光學(xué)平臺(tái)隔振原理

振動(dòng)的來(lái)源

振動(dòng)來(lái)源主要分為來(lái)自系統(tǒng)之外的振動(dòng)和系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)。地面固有振動(dòng)，工作人員踩踏地板以及開(kāi)、關(guān)門(mén)或墻壁碰撞等通過(guò)地面?zhèn)鱽?lái)的振動(dòng)均屬系統(tǒng)之外的振動(dòng)，這一類振動(dòng)需通過(guò)光學(xué)平臺(tái)的隔振腿衰減;而來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)包括儀器振動(dòng)、氣流、冷卻水流等，則需依靠光學(xué)平臺(tái)的桌面阻尼來(lái)隔絕。

振動(dòng)基本原理

固有頻率：

固有頻率，顧名思義，為系統(tǒng)本身發(fā)生的振動(dòng)的頻率。數(shù)值上來(lái)看，固有頻率等于共振頻率?？紤]物塊與彈性懸臂梁組成的系統(tǒng)，固有頻率取決于兩個(gè)因素——物塊質(zhì)量，以及充當(dāng)彈簧的彈性懸臂梁的彈性系數(shù)。質(zhì)量減小或彈性系數(shù)減小可增大固有頻率;質(zhì)量增大或懸臂梁彈性系數(shù)增大可降低固有頻率。

實(shí)驗(yàn)室或廠房?jī)?nèi)可能存在的振動(dòng)源，包括地表的振動(dòng)(固有頻率10-20Hz)，大型建筑的振動(dòng)(1Hz左右)，聲音(20Hz以上)，儀器設(shè)備(10Hz以上)。用戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身情況，選擇合適的光學(xué)平臺(tái)以對(duì)振動(dòng)有效隔絕。

阻尼：

如果沒(méi)有阻尼，系統(tǒng)將在靜止前振動(dòng)很長(zhǎng)一段時(shí)間——至少幾秒鐘。阻尼可消耗系統(tǒng)的機(jī)械能，使衰減更迅速。例如，當(dāng)音叉頂端浸入水中時(shí)，振動(dòng)幾乎立即減弱。同樣，當(dāng)手指輕觸共振物塊——懸臂梁系統(tǒng)時(shí)，該阻尼裝置也會(huì)迅速的消耗振動(dòng)能量。

光學(xué)平臺(tái)隔振原理

光學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)包括光學(xué)臺(tái)面和隔振腿。光學(xué)平臺(tái)可放置儀器并對(duì)振動(dòng)進(jìn)行控制。光學(xué)平臺(tái)臺(tái)面是隔振系統(tǒng)中重要的一部分，其主要作用是提供一個(gè)無(wú)相對(duì)形變的剛性平臺(tái)，當(dāng)有振動(dòng)源傳遞到桌面時(shí)，桌面蜂窩結(jié)構(gòu)和阻尼可有效減弱光學(xué)平臺(tái)振動(dòng)變形。

光學(xué)平臺(tái)隔振腿除了支撐，主要作用是隔離來(lái)自地面的振動(dòng)，隔振性能是其Z重要指標(biāo)之一。其他性能還包括：各腿高度獨(dú)立調(diào)節(jié)，自動(dòng)水平，載重能力，高度可選，有無(wú)磁性等等。

光學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

光學(xué)平臺(tái)是由光學(xué)平板及其支架構(gòu)成。

光學(xué)平板：

光學(xué)平板按其結(jié)構(gòu)可分為:實(shí)體光學(xué)平板和夾心光學(xué)平板兩種。

實(shí)體光學(xué)平板主要是將實(shí)體材料進(jìn)行機(jī)械加工而成的平板(使用材料主要有鋁材、鋼材、大理石等)。其特點(diǎn)是加工簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，重量輕，體積相對(duì)輕便，便于在使用過(guò)程中靈活移動(dòng)和擺放，適用在中小型光學(xué)實(shí)驗(yàn)組合或作為小型精密儀器的使用平臺(tái)。同時(shí)可以靈活的配置專門(mén)設(shè)計(jì)的支架，為儀器的移動(dòng)和適應(yīng)不同場(chǎng)合的實(shí)驗(yàn)室提供方便。

夾心光學(xué)平板主要是由帶磁不銹鋼(不銹鐵)及填充材料組成(目前使用Z多的填充材料是蜂窩巢結(jié)構(gòu)材料及型鋼框架結(jié)構(gòu))。特點(diǎn)是:固有頻率低，吸振性能強(qiáng)。

光學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu).jpg

光學(xué)平臺(tái)支架：

光學(xué)平臺(tái)支架按其隔振形式主要分為:機(jī)械式隔振支架與氣墊式隔振支架。

機(jī)械式隔振支架主要是利用各種隔振材料(如:減震彈簧、隔振橡膠等)將主動(dòng)或被動(dòng)震源盡量阻隔，使其盡可能少地傳遞到光學(xué)平臺(tái)上。特點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)便宜，使用和維護(hù)方便。缺點(diǎn)是只能用于環(huán)境震動(dòng)相對(duì)較好的場(chǎng)合。

氣墊式隔振支架是利用氣墊的原理，將光學(xué)平臺(tái)架在氣墊上以達(dá)到隔振的效果。特點(diǎn)是:隔振效果好。但是造價(jià)較高，使用和維護(hù)繁瑣。針對(duì)維護(hù)繁瑣的情況又出現(xiàn)了自平衡(主動(dòng)隔振)系統(tǒng)。原理是利用各種傳感器提供的平臺(tái)平衡狀況，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)各個(gè)隔振支撐的氣壓來(lái)達(dá)到平衡的目的。

光學(xué)平臺(tái)重要的兩個(gè)參數(shù)是平臺(tái)本身的平面度與隔振性能。平面度是主要是由材料、加工精度及加工工藝決定，三者缺一不可。

由于光學(xué)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境振動(dòng)極為敏感，剛性平臺(tái)在3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上的振動(dòng)干擾會(huì)對(duì)發(fā)射光束的精確定向產(chǎn)生較為嚴(yán)重的破壞作用，直接影響到光束定向輻射的有效性，所以隔振性能也是決定光學(xué)平臺(tái)質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

優(yōu)質(zhì)的光學(xué)平臺(tái)不僅需要高精度的機(jī)器設(shè)備來(lái)加工，更需要有高精度的檢測(cè)手段與檢測(cè)儀器來(lái)保證，也只有優(yōu)質(zhì)的光學(xué)平臺(tái)才能保證高精度的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究的正常進(jìn)行。

參考閱讀：設(shè)備振動(dòng)的原因及解決方案