Optomechaninių junginių stabilumo tyrimas temperatūrinių svyravimų aplinkoje

Abstract

Šiame darbe nagrinėjami optomechaninių junginių stabilumo pokyčiai temperatūrinių svyravimų aplinkoje – lyginami keturi optinių elementų tvirtinimo ir trys jų laikiklių tvirtinimo būdai. Tyrimas suskirstytas į dvi dalis: teorinį šilumos gradiento pasiskirstymo modeliavimą optinio elemento viduje naudojant kompiuterinę programą „Comsol Multiphysics“ ir praktinį šviesos pluošto padėties nuokrypio skaičiavimą horizontalioje ir vertikalioje koordinatėse keičiantis laikiklių temperatūrai nuo 17 °C iki 32 °C. Sumodeliavus temperatūros pasiskirstymą optiniame elemente, gauta, kad temperatūros gradientų išsidėstymas priklauso tik nuo laikiklio temperatūros ir optinio elemento tvirtinimo būdo. Siekiant tikslesnio stabilumo apibrėžimo, praktinio matavimo rezultatai padalinti į trumpalaikį ir ilgalaikį stabilumą. Trumpalaikis stabilumas lygus dviem vieno ciklo standartiniams nuokrypiams, o ilgalaikis – pirmo ir paskutinio ciklų duomenų vidurkių skirtumui. Apdorojus rezultatus nustatytos priklausomybės tarp optinių elementų tvirtinimo ir trumpalaikio stabilumo bei tarp laikiklių tvirtinimo ir ilgalaikio stabilumo, pateiktos išvados. Darbo apimtis – 57 p. teksto be priedų, 63 paveikslai, 6 lentelės, 23 bibliografiniai šaltiniai. Atskirai pridedami darbo priedai.

Study examines dependence of stability of optomechanical assemblies in varying temperature environment. In this paper, four different optical elements and three their mount fixing types are compared. The study is divided into two parts: theoretical distribution of thermal gradients modelling using “Comsol Multiphysics” and practical calculations of beam displacement in horizontal and vertical coordinates while changing system’s temperature from 17 ºC to 32 ºC. Theoretical modelling results shows that distribution of thermal gradients depends only of optical mount temperature and optical element fixing type. To be more precise in practical stability calculations, concept of short-term and long-term stability is applied. Short-term stability is equal to two standard deviations of one examination cycle. Best results of short-term stability is received while fixing optical element with a setscrew and it’s mount with two M3 bolts, beam displacement in horizontal coordinate is 30,882 µrad and vertical – 74,379 µrad. Long-term stability is the difference between data averages of first and last examination cycles. In this case, beam displacement in horizontal coordinate is 9,804 µrad and vertical – 3,268 µrad.