那些光机械件里的设计细节

美体   2024-09-07 14:09   浙江  

每种光学产品都凝聚着设计者的匠心。科研实验室里,我们拿到手里的也许是一个个冷冰冰的器件,无声无言,但是它们都蕴藏着设计者一颗颗火热滚烫的初心,欲说还休。(当然,如果手边还有Labsnacks的话,谁说不说话可能都不重要,重要的是今天的零食盒里有我爱吃的吗……)


接杆支架内部的矩形凹槽

对于在实验室里“身经百战“的光学人来说,光机械件,不敢说摸过上千次,至少也有上百次的。比如,看上去平平无奇的接杆支架。只需将接杆放入支架,然后拧紧螺丝固定,就得到了稳定的组合。这种稳定的实现,要归功于内部的矩形凹槽设计。



凹槽贯通整个内孔长度,两条平行直边的间距大概是支架内径的一半。拧紧螺丝会推动接杆紧贴通道的两边,从而构成三点接触。这样就阻止了接杆沿着X轴与Y轴移动和旋转。而接杆边缘与凹槽两边的摩擦则阻挡了接杆沿Z轴移动和旋转。如果没有这种设计,接杆和支架之间就只有单接触线,接杆可以沿Z轴旋转和沿Y轴移动,安装就不稳定,可能造成光学系统元件位置产生不必要的亚微米级移动。这种累积效果会对系统性能产生不良影响,可能会要更加频繁地重新对准系统。



这类凹槽是通过一种称之为拉削(Broaching)的加工工艺制作的。拉刀就像锯子一样,刀齿的高度随着长度增加而增大。拉削表面时,每个刀齿都会削去少量材料,拉削出的凹槽总深度等于刀齿高度的总差(H2 - H1)。与其他工艺相比,拉削的优点在于可以制成既笔直又平整的剖面,而且适合批量生产。


底座下表面的底切面

BA2这类底座也很常用。它的上表面用来安装元件,下表面有一个底切面(undercut),其实就相当于一个很浅的凹槽,两边略高于凹槽的部分相当于支脚,也称之为衬垫(pad),衬垫比上表面更加平整。为了实现最佳稳定性,底座应该以底切面面向光学平台或面包板的方式安装。如果将上下表面颠倒放置,可能导致底座在平台或面包板上晃动,或者呈现出其他机械不稳定性。





底切工艺对实现衬垫的平整度极为关键。一般是先完成底切,再加工衬垫。平整度加工过程中的摩擦会产生热量,金属受热会膨胀,而热量不均会导致零件尺寸变形。这样零件冷却后,会留下高热斑点等其他不良特征,进而在使用零件时导致不稳定和对不准。所以,尽量减小衬垫的表面区域,可以减少这个过程中产生的热量。


      

无空隙压块

一般实验中使用的标准压块一端放平台表面上,另一端放物体上,压块下表面和平台表面之间有个空隙。拧紧螺丝固定压块时,螺丝会向上提拉平台的表面。过度拧紧压块不仅会拉高表面,永久性损伤平台,而且还会破坏压块固定的光学元件的对准。提拉平台表面后,被压物体下方的安装表面发生倾斜。因此,将元件固定到光学平台时,应小心使用压块。



Polaris®无空隙压块的任一侧安装在光学平台上时,接触区域都是平坦的,且与平台没有空隙。可以将其以左手或右手方向放置,同时使光学组件贴近彼此,减少占据的空间。这种压块比标准压块的稳定性更高,适合要求长期对准稳定性的系统。




这类压块与光学平台接触的区域是一个沿压块底部几乎连续的回路。虽然这个接触区域不是实心表面,但是在安装表面产生的变形也可以忽略。这是因为接触表面的开口区域较窄,且周围是夹块侧面,可以抵消向上拉动平台的力。而且,压块两侧的窄槽周围还切出一圈浅凹,可以保护平整的接触面,防止表面受到螺丝和垫圈的擦伤,从而实现更加稳定的安装。




也许日常使用中我们并不会注意这些细节,但是只要这些作品能够让用户多节省一点时间,多体验一丝便利,就是设计者初心得偿了。设计不止,匠心不息!

Thorlabs获得中红外双梳光谱技术专利许可

Thorlabs近日与智能传感器和系统制造商Sensirion就其IRsweep子公司开发的基于QCL的双梳光谱仪专利签订许可技术转让协议。双梳光谱技术正在迅速发展,能够将传统宽带光谱仪与可调谐激光光谱仪的优势集于一身,成长为功能强大的传感平台。



Thorlabs能够充分发挥其量子级联激光器(QCL)生产能力和经验,有望基于这项技术快速开发和发布中红外光谱传感平台,致力于满足分子指纹区域内环境监测和工业传感应用不断变化的需求。双梳光谱仪克服了传统扫描FTIR仪器的局限性,能够实现高分辨率和高速度的光谱采集。


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