在現(xiàn)代科學(xué)探索的前沿領(lǐng)域，從超快激光研究到超導(dǎo)腔精密加工，從 X 射線技術(shù)創(chuàng)新到量子物理實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們對微觀世界的探索正以前所未有的精度推進(jìn)。而這一切的基礎(chǔ)，都離不開一個(gè)特殊的 “科學(xué)搖籃”—— 光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室。讓我們一起走進(jìn)這個(gè)神秘的科學(xué)空間，揭開它的神秘面紗。

南京拓展科技承建的先進(jìn)光源技術(shù)研發(fā)與測試平臺(PAPS)

光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室：科學(xué)探索的 “超級溫室”

（一）實(shí)驗(yàn)室的 “超級” 特性

大科學(xué)裝置中的光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室可不是普通的實(shí)驗(yàn)室，它具有四大 “超級” 特性：

規(guī)模大：占地面積往往達(dá)到數(shù)千平方米，相當(dāng)于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場大小。

實(shí)驗(yàn)室種類多：包含鏡體成形實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)面型檢測實(shí)驗(yàn)室、傳感器研制實(shí)驗(yàn)室等多種功能區(qū)域。

技術(shù)指標(biāo)要求高：對溫度、濕度、潔凈度等環(huán)境參數(shù)的控制精度要求達(dá)到了驚人的程度。

現(xiàn)場建設(shè)難度高：需要綜合考慮建筑、空調(diào)、電氣、自動化等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)難題。

（二）為什么需要如此精密的環(huán)境？

想象一下，如果在進(jìn)行高精度光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，空氣中的一?；覊m落在了精密的光學(xué)元件上，或者溫度發(fā)生了微小的波動，都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)巨大的誤差。光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室的存在，就是為了消除這些干擾因素，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)穩(wěn)定、潔凈的環(huán)境。

環(huán)境熱管理對激光參數(shù)具有明顯影響

具體來說，環(huán)境因素對實(shí)驗(yàn)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

潔凈度： 空氣中的灰塵會附著在鏡片、晶體等光學(xué)元器件上，形成衍射，改變光場分布，甚至打壞光學(xué)元器件。

溫度： 溫度波動會導(dǎo)致平臺、光學(xué)元件變形，影響光路穩(wěn)定和光束質(zhì)量，還會改變空氣密度，影響光的傳播。

濕度： 濕度波動會影響鏡片表面薄膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致鏡片表面水凝結(jié)，還會使光學(xué)晶體和膜層潮解。

振動： 振動會造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備和元器件振動，導(dǎo)致光路抖動，影響實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。

其他： 壓差、噪音、防靜電、獨(dú)立接地、地面承重等。

環(huán)控開啟后，漂移擾動得到明顯抑制，波動范圍下降約50%、標(biāo)準(zhǔn)差減小45%

光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室的 “硬指標(biāo)”：從溫度到潔凈度的精準(zhǔn)控制

（一）國外大科學(xué)裝置的環(huán)境要求

讓我們看看國外一些著名大科學(xué)裝置對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求：

（二）國內(nèi)常見大科學(xué)裝置的環(huán)境要求

國內(nèi)的大科學(xué)裝置對環(huán)境的要求同樣嚴(yán)格：

光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)解決方案：從設(shè)計(jì)到實(shí)施

（一）PAPS 光子科學(xué)廳：X 射線技術(shù)創(chuàng)新的 “搖籃”

以PAPS 光子科學(xué)廳為例，PAPS 光子科學(xué)廳總建筑面積為 4391 平米，主要服務(wù)于高能同步輻射光源項(xiàng)目相關(guān)的 X 射線光學(xué)、探測和應(yīng)用系統(tǒng)。其恒溫潔凈環(huán)境系統(tǒng)為精密光學(xué)元件的加工、檢測以及探測器的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供了可靠保障。

以光學(xué)面形檢測實(shí)驗(yàn)室為例，為了減少外部環(huán)境對核心實(shí)驗(yàn)室的影響，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將外圍區(qū)域的溫度波動控制在 20℃±0.5℃，使核心區(qū)域被完全保溫。在空氣處理方面，采用了復(fù)雜的流程：

室外新風(fēng)和室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)入空調(diào)機(jī)組的混風(fēng)過濾段進(jìn)行混合，經(jīng)過初效、中效過濾后，通過表冷器冷卻除濕，再通過一級電加熱對空氣加熱至接近室溫，經(jīng)過高效過濾段進(jìn)行高效過濾，處理過的空氣通過風(fēng)機(jī)送入風(fēng)道，最后經(jīng)過風(fēng)道上安裝的二級電加熱對送風(fēng)溫度進(jìn)行補(bǔ)償后送入實(shí)驗(yàn)室。

系統(tǒng)采用了先進(jìn)的精密控制方案：

制冷精密調(diào)節(jié)：冷凍水閥采用雙閥控制，1：2 比例調(diào)節(jié)，單閥控制精度為 1/1000，通過雙閥設(shè)計(jì)，控制精度能達(dá)到 1/3000。

加熱精密調(diào)節(jié)：電加熱分為 6 路調(diào)節(jié)，單路控制精度為 1/300，多路設(shè)計(jì)，控制精度能達(dá)到 1/1800。

末端精密調(diào)節(jié)：分為 4路獨(dú)立控制，每路電加熱 2kw，溫度分辨率為 0.001℃，控制精度 0.1%，響應(yīng)時(shí)間不超過 500μs。

（二）精密環(huán)控柜：實(shí)驗(yàn)室的 “精密微環(huán)境”

精密環(huán)控柜是光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室的核心設(shè)備，由南京拓展科技自主研發(fā)，能精確控制著實(shí)驗(yàn)室的溫濕度、潔凈度等環(huán)境參數(shù)。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)潔凈度百級、十級、一級，溫度波動值 ±0.1℃、±0.05℃甚至更低的精密環(huán)境控制。

在一些對整體環(huán)境特別是關(guān)鍵區(qū)域的溫度波動度要求非常的高的項(xiàng)目上，我們采用相對濕度由大環(huán)境保證，通過溫度的精確控制來實(shí)現(xiàn)環(huán)境倉內(nèi)部的濕度波動度滿足要求。

光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室建設(shè)服務(wù)商：南京拓展科技有限公司

（一）企業(yè)使命與實(shí)力

南京拓展科技有限公司創(chuàng)立于 1999 年，屬國家高新技術(shù)企業(yè)。公司專業(yè)從事恒溫恒濕、生物安全、潔凈凈化、高精密控制等特殊實(shí)驗(yàn)環(huán)境工程的整體建設(shè)咨詢、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)行保障及科研研發(fā)。在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域被江蘇省科技廳認(rèn)定為“江蘇省精密智慧實(shí)驗(yàn)環(huán)境系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心”。

（二）參與的國家重大科技設(shè)施項(xiàng)目

南京拓展科技有限公司在大科學(xué)裝置建設(shè)領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，參與了眾多國家重大科技設(shè)施項(xiàng)目：

?高能同步輻射光源(HEPS)

?先進(jìn)光源技術(shù)研發(fā)與測試平臺(PAPS)

?南方先進(jìn)光源研究測試平臺精密實(shí)驗(yàn)環(huán)境集成裝置

?武漢先進(jìn)光源研究測試平臺精密實(shí)驗(yàn)環(huán)境集成裝置

?國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室預(yù)研平臺(合肥先進(jìn)光源)

?上海光源線站工程

?上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置(SULF)

?“十二五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)極端條件實(shí)驗(yàn)裝置

?神光Ⅱ激光裝置

?硬 X 射線自由電子激光裝置(SHINE)

?阿里一號觀測倉供暖系統(tǒng)

?中國科學(xué)院南京分院

這些項(xiàng)目的成功實(shí)施，充分展示了公司在光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室建設(shè)領(lǐng)域的雄厚技術(shù)實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)。

以科技匠心筑夢微觀探索新征程

在光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室這片探索微觀世界的 “超級沃土” 上，每一次環(huán)境參數(shù)的精準(zhǔn)控制、每一方潔凈空間的匠心構(gòu)筑，都凝結(jié)著拓展科技與無數(shù)科研工作者的創(chuàng)新智慧。作為深耕實(shí)驗(yàn)環(huán)境系統(tǒng)集成領(lǐng)域的踐行者，我們始終以 “為科技工作者提供更可靠、更安全、更高效、更適用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)” 為使命，用技術(shù)穿透精度壁壘，讓科研靈感在穩(wěn)定的環(huán)境中生根發(fā)芽。

二十余年來，拓展科技有幸參與高能同步輻射光源、硬 X 射線自由電子激光裝置等國家大科學(xué)裝置建設(shè)，在超導(dǎo)腔潔凈裝配、飛秒激光精密檢測等場景中，以自主研發(fā)的精密環(huán)控系統(tǒng)為科研設(shè)備 “披上鎧甲”，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) “筑牢根基”。這背后，是團(tuán)隊(duì)對溫濕度控制精度追求到 ±0.01℃的偏執(zhí)，是對潔凈度等級突破至十級的創(chuàng)新，更是對 “讓科學(xué)探索更高效” 的不變承諾。

南京拓展科技承建的南方先進(jìn)光源研究測試平臺(SAPS-TP)精密實(shí)驗(yàn)環(huán)境集成裝置項(xiàng)目

如今，當(dāng)激光束在超凈環(huán)境中精準(zhǔn)聚焦，當(dāng)探測器在恒溫空間里捕捉量子世界的奧秘，我們深知：每一個(gè) “幕后” 的技術(shù)突破，都在為 “臺前” 的科學(xué)發(fā)現(xiàn)鋪路。未來，拓展科技將繼續(xù)以科技為筆、以匠心為墨，在光學(xué)精密實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中深耕細(xì)作，與萬千科研工作者攜手，讓更多改變世界的創(chuàng)新，從這里啟航。

 

—— 因?yàn)槲覀儓?jiān)信，極致的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從來不是科學(xué)的配角，而是推動人類文明向前的重要注腳。