大科學裝置中光學精密實驗室的建設要點-南京拓展科技
發布時間：
2025-06-23 16:45
在現代科學探索的前沿領域，從超快激光研究到超導腔精密加工，從 X 射線技術創新到量子物理實驗，科學家們對微觀世界的探索正以前所未有的精度推進。而這一切的基礎，都離不開一個特殊的 “科學搖籃”—— 光學精密實驗室。讓我們一起走進這個神秘的科學空間，揭開它的神秘面紗。
△ 南京拓展科技承建的先進光源技術研發與測試平臺（PAPS）
01光學精密實驗室：科學探索的 “超級溫室”
（一）實驗室的 “超級” 特性
大科學裝置中的光學精密實驗室可不是普通的實驗室，它具有四大 “超級” 特性：
規模大：占地面積往往達到數千平方米，相當于多個標準足球場大小。
實驗室種類多：包含鏡體成形實驗室、光學面型檢測實驗室、傳感器研制實驗室等多種功能區域。
技術指標要求高：對溫度、濕度、潔凈度等環境參數的控制精度要求達到了驚人的程度。
現場建設難度高：需要綜合考慮建筑、空調、電氣、自動化等多個領域的技術難題。
（二）為什么需要如此精密的環境？
想象一下，如果在進行高精度光學實驗時，空氣中的一粒灰塵落在了精密的光學元件上，或者溫度發生了微小的波動，都可能導致實驗結果出現巨大的誤差。光學精密實驗室的存在，就是為了消除這些干擾因素，為科學實驗提供一個穩定、潔凈的環境。
△ 環境熱管理對激光參數具有明顯影響
具體來說，環境因素對實驗的影響主要體現在以下幾個方面：
潔凈度：空氣中的灰塵會附著在鏡片、晶體等光學元器件上，形成衍射，改變光場分布，甚至打壞光學元器件。
溫度：溫度波動會導致平臺、光學元件變形，影響光路穩定和光束質量，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定性，導致鏡片表面水凝結，還會使光學晶體和膜層潮解。
振動：振動會造成實驗設備和元器件振動，導致光路抖動，影響實驗正常進行。
其他：壓差、噪音、防靜電、獨立接地、地面承重等。
△ 環控開啟后，漂移擾動得到明顯抑制，波動范圍下降約50%、標準差減小45%
02光學精密實驗室的 “硬指標”：從溫度到潔凈度的精準控制
（一）國外大科學裝置的環境要求
讓我們看看國外一些著名大科學裝置對實驗環境的要求：
（二）國內常見大科學裝置的環境要求
國內的大科學裝置對環境的要求同樣嚴格：
03光學精密實驗室的建設解決方案：從設計到實施
（一）PAPS 光子科學廳：X 射線技術創新的 “搖籃”
以PAPS 光子科學廳為例，PAPS 光子科學廳總建筑面積為 4391 平米，主要服務于高能同步輻射光源項目相關的 X 射線光學、探測和應用系統。其恒溫潔凈環境系統為精密光學元件的加工、檢測以及探測器的設計與研發提供了可靠保障。
以光學面形檢測實驗室為例，為了減少外部環境對核心實驗室的影響，設計團隊將外圍區域的溫度波動控制在 20℃±0.5℃，使核心區域被完全保溫。在空氣處理方面，采用了復雜的流程：
室外新風和室內回風進入空調機組的混風過濾段進行混合，經過初效、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，經過高效過濾段進行高效過濾，處理過的空氣通過風機送入風道，最后經過風道上安裝的二級電加熱對送風溫度進行補償后送入實驗室。
系統采用了先進的精密控制方案：
制冷精密調節：冷凍水閥采用雙閥控制，1：2 比例調節，單閥控制精度為 1/1000，通過雙閥設計，控制精度能達到 1/3000。
加熱精密調節：電加熱分為 6 路調節，單路控制精度為 1/300，多路設計，控制精度能達到 1/1800。
末端精密調節：分為 4路獨立控制，每路電加熱 2kw，溫度分辨率為 0.001℃，控制精度 0.1%，響應時間不超過 500μs。
（二）精密環控柜：實驗室的 “精密微環境”
精密環控柜是光學精密實驗室的核心設備，由南京拓展科技自主研發，能精確控制著實驗室的溫濕度、潔凈度等環境參數。該設備可實現潔凈度百級、十級、一級，溫度波動值 ±0.1℃、±0.05℃甚至更低的精密環境控制。
在一些對整體環境特別是關鍵區域的溫度波動度要求非常的高的項目上，我們采用相對濕度由大環境保證，通過溫度的精確控制來實現環境倉內部的濕度波動度滿足要求。
04光學精密實驗室建設服務商：南京拓展科技有限公司
（一）企業使命與實力
南京拓展科技有限公司創立于 1999 年，屬國家高新技術企業。公司專業從事恒溫恒濕、生物安全、潔凈凈化、高精密控制等特殊實驗環境工程的整體建設咨詢、規劃設計、施工安裝、運行保障及科研研發。在實驗室領域被江蘇省科技廳認定為“江蘇省精密智慧實驗環境系統工程技術研究中心”。
（二）參與的國家重大科技設施項目
南京拓展科技有限公司在大科學裝置建設領域有著豐富的經驗，參與了眾多國家重大科技設施項目：
?高能同步輻射光源（HEPS）
?先進光源技術研發與測試平臺（PAPS）
?南方先進光源研究測試平臺精密實驗環境集成裝置
?武漢先進光源研究測試平臺精密實驗環境集成裝置
?國家同步輻射實驗室預研平臺（合肥先進光源）
?上海光源線站工程
?上海超強超短激光實驗裝置（SULF）
?“十二五”重大科技基礎設施建設極端條件實驗裝置
?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
?中國科學院南京分院
這些項目的成功實施，充分展示了公司在光學精密實驗室建設領域的雄厚技術實力和豐富經驗。
05以科技匠心，筑夢微觀探索新征程
在光學精密實驗室這片探索微觀世界的 “超級沃土” 上，每一次環境參數的精準控制、每一方潔凈空間的匠心構筑，都凝結著拓展科技與無數科研工作者的創新智慧。作為深耕實驗環境系統集成領域的踐行者，我們始終以 “為科技工作者提供更可靠、更安全、更高效、更適用的實驗系統” 為使命，用技術穿透精度壁壘，讓科研靈感在穩定的環境中生根發芽。
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裝置建設，在超導腔潔凈裝配、飛秒激光精密檢測等場景中，以自主研發的精密環控系統為科研設備 “披上鎧甲”，為實驗數據 “筑牢根基”。這背后，是團隊對溫濕度控制精度追求到 ±0.01℃的偏執，是對潔凈度等級突破至十級的創新，更是對 “讓科學探索更高效” 的不變承諾。
△ 南京拓展科技承建的南方先進光源研究測試平臺（SAPS-TP）精密實驗環境集成裝置項目
如今，當激光束在超凈環境中精準聚焦，當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 “幕后” 的技術突破，都在為 “臺前” 的科學發現鋪路。未來，拓展科技將繼續以科技為筆、以匠心為墨，在光學精密實驗室的建設中深耕細作，與萬千科研工作者攜手，讓更多改變世界的創新，從這里啟航。
—— 因為我們堅信，極致的實驗環境，從來不是科學的配角，而是推動人類文明向前的重要注腳。
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致力于成為中國實驗室建設領域的引領者
