当前课程知识点：光电仪器设计 > 第1章 绪论 > 1.1 为什么要学光电仪器设计 > 1.1为什么要学光电仪器设计
大家好
欢迎大家来到光电仪器设计的课堂
我是清华大学精密仪器系的吴冠豪
这门课是由我和曾理江老师来主讲
胡摇老师和王世玮博士
也会讲其中的部分内容
我想先和大家来讨论一下
我们为什么要学习光电仪器设计？
关于这个问题
我想从两个方面来回答
一个是给大家介绍一下
光电仪器会涉及到哪些仪器
第二个是给大家来介绍一下
这些仪器有什么样的用途
光电仪器是光学 精密机械
电子技术 计算机技术的集成
是仪器学科的重要分支
按照用途来分
可以分成计量仪器
分析仪器 观测仪器
医疗仪器 军用仪器等等
咱们的课上主要介绍前三类
首先我们来看一下计量仪器
计量仪器的最典型的代表就是干涉仪
屏幕上显示的这个图
是一个干涉仪的基本原理图
从光源发出的光束
经过分光镜分成两束
其中一束到达参考臂
由参考镜反射
返回到探测器
另外一束进入到测量臂
经过测量镜返回到探测器
那么在探测器上
我们就能接收到干涉条纹
当测量镜发生移动的时候
探测器上的干涉相位
就会发生一个正弦的变化
根据探测器上这个相位的变化
就能够反推得到
这个测量镜的位移
这就是干涉仪的测量原理
下面我们来看看干涉仪有哪些用途
干涉仪在几何尺寸测量中
有非常重要的应用
通过不同结构的设计
可以用于不同尺度的精密测量
小的尺度可以小到
微纳尺度的面形测量
图上显示的
是一个微小反射镜阵列的三维形貌图
干涉仪也可以用于
米量级的中等尺度的测量
这幅图中显示的是一台光刻机
干涉仪用于仪器中
移动台的超高精度定位
那么大的尺度可以大到千米以上
甚至达到千千米 万千米
屏幕上这幅图
可能大家比较熟悉
这是用于引力波探测的干涉仪
臂长达到4千米
经过400次的折叠反射
总的光程达到1600千米
正是通过这样一个超高精度的干涉仪
成功探测了引力波到来时
干涉臂长度的一个微小变化
下面我们再来看一下
第二类 分析仪器
分析仪器的典型代表是光谱仪
图上显示的是
一个光谱仪的基本原理
从入射狭缝进来的光束
打到一个离轴抛物面镜上
然后准直入射到一个光栅
光栅把不同波长的光束衍射开
然后经过一个成像物镜
成像到一个CCD上
那么在这个CCD上
就能探测到入射光束当中
不同波长的光的强度
也就是光谱
那光谱仪有哪些应用呢
可以大到火星探测
这幅图上显示的是一台火星探测车
在这个车上直接安装了光谱仪
可以用于火星上
土壤的物质成分分析
光谱仪在我们的日常生活当中
也有很多的用途
比如说 它可以用于检测农药的残留
这幅图上显示的是
不同农药残留程度对应的光谱图
那么大家通过这样的一个曲线
就能分辨出农药的残留程度
光谱仪还可以用于食用油的检测
比如说 这幅图上显示的是
不同浓度的低等级的橄榄油
和特级的初榨橄榄油
它们混合之后的一个光谱
那么通过这样的一个光谱
就能够分辨出
这个特级初榨橄榄油的纯度
同样的方法
也可以用于检测地沟油
下面我们再来看一下观测仪器
观测仪器的典型代表是显微镜
图上显示的是
一台光学显微镜的基本原理图
样品经过显微物镜
成一个放大的实像
然后这个实像再经过目镜
实现一个二级的放大
供人眼来观测
那显微镜有什么样的用途呢
它在医学跟生物学方面
有非常重要的应用
比如说 可以用于微生物的观测
这幅图上显示的是
螨虫的显微照片图
大家可以看到 这幅图其实很恐怖
幸好我们的眼睛无法直接看到
不然大家想象一下
自己的床单 自己的枕头上
布满了这样的微生物
是多么可怕的一个事情
随着显微镜的发展
现在的光学显微技术
已经突破了光学的衍射极限
可以用于高精度的生物结构的观测
从刚刚介绍的内容可以看到
光电仪器的用途极为广泛
不仅在科学探索领域
有高端前沿的应用
也和我们的日常生活息息相关
大家现在更关心的
可能是这些光电仪器
是怎么设计跟制造出来的呢
这正是我们这门课
所要传授给大家的内容
下一节课将对我们
这门课程的主要内容体系
来做一个简单的介绍
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
