無(wú)論何種激光應用，為維持光路穩定，振動(dòng)隔離和桌面阻尼的重要性都是再強調也不為過(guò)。

一套復雜的光學(xué)系統是否穩定，在很大程度上取決于光學(xué)平臺和隔振腿的性能。隨著(zhù)應用的不斷豐富，光學(xué)系統的設計正變得愈發(fā)復雜，也為光路穩定性帶來(lái)更大挑戰——如果安裝使用不正確，即使最完美的隔振方案也難以起到效果。

光學(xué)平臺最重要的作用是提供動(dòng)態(tài)剛度(Dynamic rigidity)。光路的穩定性主要受桌面長(cháng)軸方向上點(diǎn)對點(diǎn)的相對運動(dòng)影響。這些相對運動(dòng)產(chǎn)生于桌面上搭建的設備、空氣調節(HVAC)系統以及其他聲音來(lái)源。削減這些振動(dòng)的最佳方案是在來(lái)源處即行隔絕，比如在設備與桌面間放置柔性墊、為排氣管增加擋板或使用隔聲罩。需要注意的是，光學(xué)平臺盡管提供了相對穩定的環(huán)境，但不能完全阻止來(lái)自桌面本身的振動(dòng)，從而影響桌面上的其他設備。

光學(xué)元件的形變是系統不穩定的第二大來(lái)源。即使將光學(xué)平臺視作剛體，該剛體的固有振動(dòng)依然會(huì )觸發(fā)光學(xué)調整架的自然振動(dòng)，導致光路不穩定。為了定量模擬光學(xué)調整架在典型實(shí)驗室環(huán)境中可能產(chǎn)生的位移，我們將1英寸調整架固定于6英寸鏡柱上，并在光學(xué)平臺表面模擬類(lèi)似于桌面上的風(fēng)扇、電動(dòng)位移臺或其他聲學(xué)擾動(dòng)的寬帶噪聲。調整架的位移由一個(gè)不產(chǎn)生任何質(zhì)量效應的激光測振儀來(lái)測量。實(shí)驗使用了主動(dòng)阻尼光學(xué)平臺，同時(shí)測量結構阻尼和主動(dòng)阻尼的運動(dòng)，以便充分地體現阻尼桌面的減振效果。

典型實(shí)驗室環(huán)境中，寬帶噪聲可能造成光學(xué)調整架的位移量，很大程度上取決于其所在光學(xué)平臺的阻尼性能。

對于上述1英寸調整架和6英寸鏡柱的系統，調整架受激時(shí)會(huì )產(chǎn)生800 nm的位移。如果使用SmartTable和主動(dòng)阻尼，位移會(huì )降至10到20 nm（見(jiàn)上圖）。因為該系統中鏡柱、調整架和桌面的固有頻率相近，因此振幅較大，桌面的阻尼效應得到突顯。盡管實(shí)際實(shí)驗時(shí)光學(xué)元件的固有頻率各不相同，但該結果確實(shí)說(shuō)明了光學(xué)元件的選擇和安裝需要與桌面環(huán)境作整體考慮，以?xún)?yōu)化光路穩定性。

一個(gè)測試桌面作用力與調整架水平位移關(guān)系的模擬實(shí)驗示意圖

接著(zhù)我們測試了0.5英寸鏡柱和鏡座的組合，總高6英寸，如上圖所示。鏡柱頂端安置了一個(gè)質(zhì)量近似于普通調整架的加速度計，以監控水平方向上的位移；桌面上安裝的力傳感器則用來(lái)測量模擬作用力，進(jìn)而得出作用力轉化為相對位移的關(guān)系方程。下圖可見(jiàn)，無(wú)論主動(dòng)阻尼開(kāi)啟或關(guān)閉，鏡柱/鏡座在自然振動(dòng)模式下都會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)共振峰（紅色）。開(kāi)啟主動(dòng)阻尼可以抑制桌面的固有振動(dòng)，但鏡柱/鏡座的自然振動(dòng)并不能被有效隔離。


上述實(shí)驗不僅驗證了桌面主動(dòng)阻尼的效果，同時(shí)也證實(shí)了光學(xué)元件的振動(dòng)對光路穩定性存在影響。削減這些振動(dòng)的方式包括：一、盡可能降低光路高度，二、對靈敏度高的光學(xué)元件使用最穩定的鏡柱和夾具，三、盡量將這些高精度元件固定于光學(xué)平臺中央，四、如果必須使用較高的光路，最好用直徑較大的鏡柱來(lái)支撐光學(xué)件。


桌腿氣浮隔振

系統穩定性不只受高頻振動(dòng)的影響，低頻振動(dòng)的干擾同樣需要重視，尤其在系統組件的頻率附近。氣浮隔振腿的主要作用除了支撐，還體現在能有效削減傳遞到桌面的低頻地表振動(dòng)。

平臺安裝注意事項

設計隔振系統的最后一步——在做出最終訂購決定之前，還需要考慮復雜的安裝因素。

隔振平臺系統能不能運載到實(shí)驗室指定位置，是一定要慎重考慮的。與工程人員、同事、或裝配工一同走一遍安裝路線(xiàn)——接收點(diǎn)、電梯、走廊、門(mén)口甚至窗口（如果需要使用起重機），可以發(fā)現可能存在的物流問(wèn)題，并對系統方案做出必要的修改。

其次需要注意的是實(shí)驗室的配套設備，包括電壓電流、照明、干燥氣體供應（用于支持維持系統）以及空氣調節系統。如果缺乏清潔的干燥氣體，則需要使用高質(zhì)量的空氣壓縮機。不潔或潮濕的氣體會(huì )極大地影響氣浮隔振系統，不合規定的電源會(huì )產(chǎn)生不必要的噪聲，乃至精密電子設備的浪涌。

最后需要指出，安裝工作需要由購買(mǎi)過(guò)相應保險的專(zhuān)業(yè)人士使用正確的工具來(lái)完成，決不能出現十幾人抬起桌面讓其他數人移動(dòng)桌腿的情況。地震多發(fā)區的實(shí)驗室設備選擇更需要考慮建筑物的防震需求。

總而言之，盡管當代的振動(dòng)隔離系統已經(jīng)極大地提升了光電類(lèi)應用的穩定性，它們并非能解決所有問(wèn)題的靈丹妙藥。光路穩定性是由整個(gè)振動(dòng)傳遞“結構回路”決定的，包括支撐結構、光機械件、光學(xué)元件和運動(dòng)控制系統。綜合考慮振動(dòng)環(huán)境、削減聲音的影響、移除平臺上和平臺附近不必要的振動(dòng)來(lái)源、以及使用正確的隔振平臺安裝方法，都是提升隔振性能需要注意的事項。