Comment mettre en place un laboratoire d'optique : équipement essentiel et flux de travail

Auteurs : Yamila Borsch

Tables de laboratoire et tables optiques pour les installations de laboratoire

La table de laboratoire est la base de votre installation. Pour les expériences sensibles, il est fortement recommandé d'investir dans une table de laboratoire isolée des vibrations, car son système d'amortissement réduit les perturbations environnementales telles que les chocs et les vibrations. Cela garantit une trajectoire stable et fiable du faisceau. La surface d'une table de laboratoire optique est recouverte d'un réseau régulier de trous filetés qui permettent un montage sûr des composants optomécaniques. Les tables optiques (comme indiqué à la Figure 1), sont des plaques plus petites avec le même schéma de trous. Elles peuvent être placées au-dessus d'une table ou de toute autre surface, offrant ainsi une flexibilité dans le positionnement, la modularité ou même la transportabilité de votre installation.

Bonnes pratiques : Veillez toujours à ce que tous vos éléments optomécaniques (vis, tiges, montures, platines, etc.) correspondent au schéma de perçage choisi. Il existe deux normes en matière de schéma de perçage : Impérial (impérial) avec des filetages ¼"-20 sur une grille de 1" et métrique avec des filetages M6 (6 mm) sur une grille de 25 mm. Les pièces impériales et métriques ne sont pas compatibles.

Tiges optiques et supports de tiges

Pour fixer vos composants optiques sur la table optique, on utilise des tiges et supports de tiges. La Figure 2 donne un exemple de ce type de configuration.

Ces tiges sont métalliques, généralement filetées aux deux extrémités. Elles peuvent également comprendre des adaptateurs à filetage mâle. Leur type de filetage (¼"-20 ou M6) varie selon que vous travaillez dans un système impérial ou métrique. Les tiges sont disponibles en différentes longueurs et peuvent être combinés avec des adaptateurs pour atteindre la hauteur optique souhaitée. Elles peuvent être directement vissées dans la table à l'aide d'un filetage mâle ou montées dans des supports de tiges. Les supports de tiges offrent une fixation stable pour les tiges et permettent un réglage plus facile. Une vis à oreilles située sur le côté permet de bloquer la tige en place. Les supports de tiges eux-mêmes sont fixés à la table à l'aide de vis correspondant au schéma de perçage. Il existe deux types de support de tiges : Les supports de tiges statiques maintiennent fermement la tige à l'aide d'une conception à trois points de contact. Pour effectuer des réglages verticaux, déplacez la tige dans et hors du support et fixez-la à l'aide de la vis de verrouillage. Les réglages verticaux fins sont difficiles. Les supports de tiges réglables en hauteur permettent facilement de petites translations verticales de la tige tout en conservant son orientation. Ils peuvent constituer une alternative compacte aux grandes platines de translation dans l’axe z. Les colliers de tige peuvent être utilisés pour bloquer la hauteur de la tige de sorte que la tige puisse être tournée dans le support sans que la hauteur ne soit réajustée. Grâce au collier de tige, vous pouvez également déplacer rapidement les montures dans et hors du chemin optique en conservant la même position en hauteur.

Bonnes pratiques : Lorsque vous choisissez la longueur des tiges, tenez compte de la hauteur de la tige prévue et essayez d'obtenir une hauteur de travail cohérente sur l'ensemble de votre installation.

Composants de mouvement linéaire pour les laboratoires d'optique : Rails et cavaliers

Lorsque les composants doivent se déplacer linéairement dans le montage tout en restant alignés, on utilise des rails et des cavaliers tels que ceux illustrés dans la Figure 3 .

Le positionnement des cavaliers est généralement effectué manuellement, à l'aide de platines de translation manuelle. Les rails sont montés sur la table optique, tandis que les cavaliers peuvent se déplacer le long de ceux-ci. Un exemple courant est le système de rail optique à queue d'aronde, qui maintient le support étroitement aligné sur le rail, évitant ainsi toute inclinaison ou vobulation. Les cavaliers sont généralement munis d'une vis de blocage qui permet de les verrouiller en place. Certains modèles sont également dotés de boutons permettant une translation fine le long du rail. Les rails et les cavaliers sont particulièrement utiles lorsqu'il faut repositionner des groupes d'optiques sans perdre l'alignement (par exemple, dans les interféromètres ou les systèmes de balayage). Comme pour les tables optiques, assurez-vous de la compatibilité métrique/impériale.

Platine de précision pour l'alignement optique : Translation, rotation, inclinaison

Les platines de précision offrent des capacités d'alignement fin, permettant un positionnement précis pour une large gamme d'applications optiques. En fonction de vos besoins, vous pouvez choisir entre deux options de réglage – les platines de translation manuelles et les platines de translation motorisées. Les platines manuelles utilisent généralement des vis micrométriques pour permettre un positionnement linéaire fin, tandis que les platines motorisées peuvent être connectées au port USB ou RS-232 d'un ordinateur et sont contrôlées par un logiciel.

Les platines sont divisées en trois groupes principaux en fonction de leur direction de mouvement :

• Les platines de translation linéaire (comme ceux illustrées à la Figure 4) déplacent les composants le long d'un axe (x, y ou z), plusieurs platines peuvent être combinées pour former des piles en 2D ou en 3D. Veuillez vous référer à ces vidéos pour plus d'informations sur la configuration des platines de translation 2D et des platines de translation 3D.
• Les platines rotatives permettent un ajustement angulaire contrôlé autour d'un axe central. Ces platines sont particulièrement utiles pour les éléments tels que les polariseurs, les réseaux de diffraction ou les cristaux.
• Les platines d’inclinaison, également appelées platines goniométriques, permettent un réglage angulaire précis des composants optiques. En contrôlant finement l'inclinaison selon un ou deux axes, elles permettent un alignement précis des miroirs, des prismes, des lentilles et d'autres échantillons qui nécessitent une grande précision angulaire dans les montages optiques.

Les platines de précision peuvent être montées directement sur la table optique, ou sur les cavaliers pour une plus grande flexibilité. Leur combinaison avec des tiges, des rails et des montures permet de créer des systèmes très adaptables et précis. Pour plus d'informations, veuillez regarder notre vidéo expliquant les principales spécifications pour la sélection des platines de translation manuelles.

Montures optiques pour un positionnement sûr des optiques

Jusqu'à présent, nous avons expliqué comment positionner les composants optiques dans l'espace. Il est tout aussi important de savoir comment monter les composants optiques dans le cadre mécanique. Les optiques étant de formes et de tailles diverses, il existe une grande variété de montures. Les montures fixes sont compactes et rigides et conviennent lorsque l'alignement n'est pas critique. L'optique est fixée en place et les réglages ne peuvent être effectués qu'en déplaçant l'ensemble de l'assemblage optomécanique. Les montures réglables sont conçues pour accueillir des optiques de différents diamètres. Bien qu'elles offrent une certaine flexibilité dans ce qu'elles peuvent loger, l'alignement nécessite toujours le déplacement de l'ensemble du support. Les montures cinématiques permettent un contrôle fin de l’inclinaison grâce à des vis de réglage, comme le montre la Figure 5. Elles sont essentielles pour une orientation précise des faisceaux, comme l'alignement minutieux des miroirs pour guider un faisceau laser.

Il existe des montures dédiées aux optiques plus spécialisées, telles que les séparateurs de faisceaux, les miroirs à angle droit et les miroirs hors axe. Utilisez toujours la monture appropriée afin d'éviter toute contrainte mécanique sur les composants optiques. Pour plus d'informations, consultez notre vidéo sur les concepts importants pour la sélection des montures de composants optiques.

Bonnes pratiques : Manipulez toutes les optiques avec précaution – utilisez des gants ou du papier pour lentilles et évitez de trop serrer les montures.

Processus d'installation d'un laboratoire d'optique étape par étape

Le flux de travail suivant offre une approche structurée de la construction de votre assemblage. Vous pouvez l'adapter à vos préférences personnelles ou aux contraintes expérimentales.

1. Placer et mettez à niveau la table optique.
2. Mettre en place les composants de base tels que les tables optiques ou des pièces élévatrices.
3. Installer des rails et des glissières si un positionnement linéaire flexible est nécessaire.
4. Ajouter les tiges et les supports de tiges, puis placer les montures primaires (par exemple, les montures de miroir ou de lentille) sans optique pour vérifier l'espacement et l'ajustement.
5. Insérer l'optique une fois la structure mécanique confirmée. Ajustez la hauteur des tiges si nécessaire.
6. Réaliser un alignement approximatif en ajustant l’inclinaison sur les montures.
7. Verrouillez les fixations au couple recommandé, en veillant à ce que rien ne soit desserré ou trop serré.
8. Affiner l'alignement à l'aide de micromètres, de vis cinématiques et de platines jusqu'à ce que la trajectoire du faisceau soit optimisée.

Bonnes pratiques : Si vous rencontrez une résistance mécanique ou une instabilité, commencez toujours par tester le composant sans l'optique. Les optiques sont délicates et coûteuses – ne les intégrez qu'une fois que vous êtes sûr que la mécanique fonctionne sans heurts.

Pour plus d'indications visuelles, veuillez également consulter la note d’application Construire un interféromètre de Michelson au labo : guide d'assemblage et d'alignement, expliquant chaque étape de la mise en place d'un interféromètre de Michelson comme indiqué dans la Figure 6.

Montures Miroirs Optiques Cinématiques en Acier Inoxydable

Tiges de Montage Impériales en Acier Inoxydable

Supports de Tiges à Hauteur Réglable

Plus de ressources

• Note d’application : Construire un interféromètre de Michelson au labo : guide d'assemblage et d'alignement

• Note d’application : Montures d'éclairage pour les applications de vision industrielle.

• Note d’application : Un examen plus approfondi du mouvement cinématique

• Note d’application : Simplifier l’alignement laser