¿Cuán crítico fue el uso del aislamiento de vibraciones en su configuración óptica?

Respuesta corta:

Depende de la precisión y precisión requerida de un experimento dado. Se necesita un cálculo cuidadoso de los efectos mecánicos y térmicos en la configuración experimental para determinar si se requiere aislamiento de vibración para un experimento dado.

Respuesta larga:

En un trabajo anterior, uno de mis proyectos consistió en medir las características de envejecimiento de la reflectividad de un recubrimiento óptico de película delgada altamente reflectante. Dichos recubrimientos de película delgada se depositan en facetas ópticas en láseres semiconductores, moduladores y otros dispositivos ópticos en la banda infrarroja (~ 1550 nm), para su uso en redes ópticas de telecomunicaciones.

Al final resultó que, el uso de una mesa óptica de aislamiento de vibraciones fue fundamental para el éxito de mi medición.

Queríamos acelerar el envejecimiento de la reflectividad del recubrimiento exponiendo las muestras de recubrimiento a alta potencia óptica y alta temperatura. Construí una configuración que tenía una muestra de recubrimiento sobre una platina óptica de metal con un enfriador termoeléctrico (TEC) debajo para poder calentar la muestra de recubrimiento hasta una temperatura controlada. Utilicé una fuente de láser infrarrojo, un amplificador óptico (amplificador de fibra dopada con erbio o EDFA) y una fibra desnuda cónica para enfocar alta potencia óptica en un área pequeña en la superficie de la muestra de recubrimiento. La fibra desnuda se unió a un micrómetro controlado electrónicamente colocado encima de la muestra de recubrimiento, para que yo pudiera usar el software para mover la punta de la fibra muy cerca del recubrimiento, lo suficientemente cerca como para que una porción de la luz láser reflejada por el recubrimiento ser guiado de vuelta a la fibra. Un circulador óptico me permitió separar la pequeña cantidad de luz que viaja hacia atrás (reflejada por la muestra), de la luz de alta potencia que viaja hacia adelante incidente sobre la muestra.

Cuando estaba configurando la medición, me di cuenta de que para medir con precisión los cambios en la reflectividad de la muestra de recubrimiento, tendría que normalizar de alguna manera la cantidad de luz reflejada que estaba midiendo de la muestra. La cantidad de luz reflejada que fue guiada de regreso a la fibra fue altamente dependiente de la distancia entre la punta de la fibra y la muestra de recubrimiento. Así que esencialmente necesitaba una forma de asegurarme de que la punta de la fibra se mantuviera a una distancia constante de la superficie del recubrimiento; Esto me permitiría medir adecuadamente cualquier cambio en la reflectividad de la muestra de recubrimiento. La punta de la fibra estaba lo suficientemente cerca de la superficie de la muestra de revestimiento que se formó una cavidad óptica y se podían medir franjas de interferencia moviendo la punta de la fibra hacia arriba o hacia abajo con respecto a la superficie de la muestra de revestimiento. Utilizando un software de control para difuminar (alterar periódicamente) la posición de la punta de la fibra utilizando el micrómetro controlado electrónicamente, pude trazar las franjas de interferencia en función de la distancia entre la punta de la fibra y la superficie de la muestra, lo que permitió mi software de control para “bloquearse” en una franja de interferencia determinada y mantener una distancia constante entre la punta de la fibra y la muestra.

Una vez que tuve una configuración funcional, la configuré y comencé a monitorear los resultados. Además de medir la potencia óptica y el envejecimiento inducido térmicamente de la reflectividad de las muestras de revestimiento (que fue el punto central del experimento), el resultado más interesante fue, con mucho, el examen de la posición de la punta de la fibra a través del micrómetro: ¡Las señales de control de mi software al micrómetro estaban directamente relacionadas con la temperatura ambiente en el laboratorio!

Como resultado, incluso con el TEC manteniendo la etapa óptica a una temperatura constante, las muestras de recubrimiento óptico eran tan delgadas que pequeñas fluctuaciones en la temperatura ambiente del laboratorio se reflejaron (sin juego de palabras) en pequeños cambios del grosor del recubrimiento y, por lo tanto, pequeños cambios en las señales de control al micrómetro para mantener la punta de la fibra a una distancia constante de la superficie de la muestra. Literalmente podría hacer un gráfico súper preciso de los cambios de temperatura ambiente en el laboratorio haciendo un gráfico de los cambios de minutos en la posición de la punta de la fibra. Había construido un termómetro súper sensible, aunque no calibrado.

En pocas palabras, si hubiera intentado hacer la misma medición sin una tabla de aislamiento de vibraciones, las vibraciones ambientales en el laboratorio habrían llegado fácilmente a la configuración de prueba y habría sido mucho más difícil de rastrear para mi software de control de posición. . Descubriendo aún más: la respuesta de frecuencia de la etapa óptica y la muestra de recubrimiento a la vibración mecánica fue significativamente diferente de la respuesta de frecuencia del micrómetro y la punta de fibra a las mismas vibraciones, y mi software de control simplemente no hubiera podido mantener una constante distancia entre la punta de la fibra y la superficie del recubrimiento y, por lo tanto, no puedo medir los cambios en la reflectividad que estaba tratando de medir.

Sin una tabla de aislamiento de vibraciones, los resultados de la medición se habrían perdido en el ruido.

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