当前课程知识点：光电仪器设计 > 辅助内容：光学实验基本技能 > A1 走进光学实验室 > A1 走进光学实验室
大家好
光学实验是一个非常神奇的实验
让我们一起走进光学实验室
来领略一下它的风采吧
这是一个研究光频梳测距的实验室
我们看到有很多光学调节架
透镜 光纤等等
它们就像搭积木一样搭在光学平台上
光线在它们的引导下
走向我们所需要的地方
上面的这些控制器
可以自动控制光学调节架的姿态
改变光束的走向
也可以处理探测器探测到的光信号
并对其进行反馈控制
这是一个光 机 电 算有机结合的实验
这个是一个制作全息光栅的实验室
我们看到的是全息曝光的光学系统
激光被分光
扩束 准直
然后入射到远处
这里放置要被曝光
涂有光刻胶的基板
基板上受到两束
来自不同方向的激光照射
我们看到这是一个方向的激光
这个是另一个方向的激光
它们产生干涉条纹
对基板进行曝光
这里我还想介绍
一个非常有意思的元件
电动复位镜
通过它
我们可以完成不同曝光光路的切换
看到光学平台上密密麻麻的光学元件
你觉得光学实验很复杂吗
让我们把这些光学实验室
用到的“积木”分分类
你会觉得光学实验其实并不难
而且很有意思
下面我们来看一下
如何把光学元件或者调整架
固定到这个光学平台上呢
这是几个固定件
这个是一个磁性表座
如果我们把它打开到ON的地方
然后它就固定住了 就给吸住了
这个未免比较高
那么还有一些比较扁的
比如说像这个
同样也是可以吸住的
磁性表座占的地方比较大
那么我们还有一些压板
这是两个不同的压板
它们长得样子差不多
那么这个下面有三个磁铁
它可以简单地吸在它上头
但是如果给它一点力 它就会推走了
那么在这基础上
我们会用这个叉子给它压住
比如说这个
我们可以用叉子把它压住
但是因为它底下没有磁铁
在压的过程中就要扶着它
让它不动
有的时候它就会跑
压住了 它还是挺结实的
但是对于有磁铁的这个
可能就更方便一些
我们在压的过程中
它一般不会跑得太多
或者基本上就不跑
你看很容易就把它给压住了
那么这是两个
将来要固定光学元件的架子
我们通过这个压板给它压住
另外的压板是这样的
比如说我想压这个工件
那么应该怎么压呢
有一种是叫固定压板
它这个高度是固定的
我可以放在这儿来压这个工件
但是这时候实际上就是高度不可调
就显得这个压板有点高
虽然也可以压得住
这个是一个固定压板
通过这样给它压住
但是有的时候这个工件太高或者太矮
都不方便使用
还有一种可调的压板
这个是一个可调的压板
它通过调整这个螺钉的高度
来使得这个高度
和被压的工件高度一样
那么这样放上去 它就比较平整
然后通过这个螺钉
从中间这么一压 给它压住
这是一个可调的压板
实际上它的作用
跟刚才固定压板是一样的
都是把它压住
有的时候这个工件上面
是不能有东西碰的
那么这时候我们
只能从侧面来顶这个工件
那么为了顶这个工件
我们用的是这种
前面有两个球头来顶它
这个力没有压那么大
而且可能固定的效果也不是特别好
但是有的时候确实是需要顶
因为上面不能受力
那么就只能是靠这种顶的方式
使得它保持不动
这个现在还在动
我们可以再给它多施加一点力
然后来顶住它
这样就不动了
这些就是我们
光学实验里头常用的一些压板
磁性表座
主要是用于固定这些光学调节架
或者是透镜这些光学元件用的
下面我们来看一下
如何固定这个反射镜
如何把反射镜固定在光学平台上
之前我们说了有这个磁性表座
磁性表座可以拧在光学平台上
那么我们又有这种筒
这个筒可以固定在磁性表座上
那么这样的话
我们就可以把反射镜
插在这个筒里头
可以调整它的高低
但是有的时候除了调高低
还需要调方位
那么调方位的时候
有时候一下高低就又变了
如果高低变化是我不希望的
那怎么办呢
我们还有这样一个东西
这个东西别看它小
却非常有用
比如说我们把它穿到这个棍儿上
那么这时候再调方位的时候
高低就不变了
所以这些东西设计得还是非常人性化的
除了这种固定方式以外
还有各式各样的筒
比如说这个筒
它这个地方是有一个弹簧
然后靠杠杆的原理来进行压
那么同样如果我想固定反射镜的话
我把反射镜放在这里头一压 它可以放进去
但是这个不拧紧的时候
反射镜可以一点一点地调高低 就比较紧
因为这个弹簧的作用
那么如果我固定好了位置
我可以把它拧紧
这时候反射镜就不会上下动了
这是一种
还有一种更复杂的方式
比如说我把反射镜
固定在这上头
那么这个时候
我要是想让反射镜还能上下动
那么当然我可以这么着动 粗调
但是如果要是精调呢
我也可以靠拧底下的这个东西
它实际上是有一个螺纹的
它可以对高度进行一些精调
这也是一种调整方式
现在再说回来
大家看这个筒
这个筒跟之前我们说的这个筒
没有什么区别呀
它都是靠一个螺钉来顶紧的
也就是说我们把反射镜放到这儿
来顶紧
那么为什么我把它单独提出来呢
其实这个筒设计有它特别仔细的地方
我们看这个筒
如果我要是这个地方
螺钉拧起来不方便
那么我们看这儿还有一个螺孔
这儿还有一个螺孔
这三款螺孔必有一款适合你
所以我们可以
把这个螺钉不在这儿拧
再换一个位置拧
也是可以起到固定作用的
所以在这些机械设计中
还是有很多能体现出人性化的东西
接下来是想说这个问题
如果我们反射镜需要调整姿态
那么我们可以用这个
叫“十字杆架” 这么一个东西
它有两个孔是互相垂直的
可以把它放在这个棍儿上
然后呢
反射镜从这个孔穿过来
那么这时候这个螺钉松了
反射镜可以调这个方向的姿态
这个螺钉松了 可以调这个方向姿态
那么这样已经调了两个角度了
还有一个 这个方向角度怎么调呢
还有这个
叫万向杆架
这是万向的
那么同样我把反射镜固定在这个孔里面
那么这个螺钉松了 可以这么调
把这个螺钉松开 可以这样调
我把这块的螺钉松开 还可以这样调
这样三个角度的调整就都可以了
那么调整的自由度多了
必然稳定性就不好了
但是有的时候在做光学实验的时候
需要特别的稳定
那这个时候怎么办呢
实际上我们还会有这种
各式各样厚度的垫片
我们可以给它放上去
直接光学元件固定在这上头
而不是用之前说的这个螺钉来压紧
也就是说
调整方便和稳定性它本身就是一对矛盾
这个需要我们在光学实验中
根据我们的需要来权衡
好 到这儿为止我们介绍了
如何把光学元件固定在平台上
并且进行一些调整
下面我们来看一下光学实验中
常用的复位镜
所谓复位镜
比如说像这个反射镜
光入射到镜面上
然后会反射走
但是有的时候我不希望它反射
而希望它透射
我就可以给它倒下来
这时候光就透过来了
过一会儿我又想让它反射了
我再给它站起来 它就又反射了
那么复位镜的特点就是它可以
随时根据我的需要
来改变它的状态
但是它有一点
要求是当你反射的时候
一定跟原先那个反射的方向是一样的
而不要每次复位
复位精度不高
那么它们怎么达到的这个精度呢
实际上在这里头我们是可以看到
这个复位镜这儿有两个小球
然后它实际上是靠
这个球的支撑来定位的
这是一种复位镜
还有另外一种复位镜
也差不多
只是这个镜子
它是可以调整它的方位和俯仰
这个可以调俯仰 可以调方位
那么同样它也是可以倒下来
再站起来 实现复位
这都是手动的
还有一种是电动的
电动的精度更高一些
因为手的力可能会不一样
那么比如说我让它倒下来
然后这时候光就过去了
如果我让它站起来
那么光可能就反射回去了
这样的话可以用于切换光路
这个我们在之前
全息曝光的实验中也看到过
除了这些反射镜架以外
还有这种复位镜
其实这也是一个复位的机构
我们把它松开 看看里头是什么样
这里面这块是有三个点
对应的这块有一个豁儿
还有一个圈儿 还有一个长的孔
那么这样放上去 三点确定一个平面
也是可以在一定程度上
实现比较高精度的复位的
也就是说我可以把它拿走
那么光过来了
然后我再把它放上去
那么光可以根据这上头
固定的反射镜或者透镜
进行光线的折转
这也是一个复位的机构
这些在光学元件的固定上
特别是实验室比较紧张的时候
不同同学在做实验
切换的时候经常会使用
这就是我们所介绍的一些复位镜
下面我们来看一下如何固定透镜
反射镜这些光学元件
最简单的固定方式
是用这种螺纹压圈的方式
像这里头它都是螺纹
这有一个突台儿
来防止这个透镜掉下去
这个只能固定
相同大小的
比如说只能固定这么大小的透镜
这是一个聚四氟乙烯的片儿
把它放在这个金属的里面
是为了防止玻璃和金属直接碰撞
会把玻璃磕掉角儿等等
那么这时候把它放进去以后
我们就可以通过旋转螺纹压圈
来把这个透镜固定上
比如说就可以直接这样旋转
最后一直到压住透镜 给它固定上就可以了
这是一个最简单的固定透镜的方式
这种固定方式用于固定小透镜
是用得最多的
因为它非常的简单
但是透镜不喜欢这种固定方式
因为透镜一般不喜欢这样轴向地压它
比如说这个透镜
它更喜欢这种径向的固定
轴向的这样夹持容易给它夹持变形
特别是大透镜
更不希望轴向的夹持了
那么我们看还有一种
这种三爪的透镜架
这个它可以这样长大
可以固定不同大小的透镜
同时靠这三个爪来径向夹持透镜
比如说我可以把透镜这么夹在这儿
那么这时候透镜受的是径向力
它的变形相对来讲也会小一些
这也是一种固定透镜
那么除了固定以外
有的时候还需要调整
这实际上经常是用于调整波片的
那么我们看这儿
这儿有一个固定的点
这儿有一个螺钉 这儿有一个螺钉
那么当这个点和这个螺钉
以它为轴的时候 我们调的是俯仰
也就是说通过调这个
我们可以调它的俯仰
当我们以这个点和这个点为轴
调这个螺钉的时候
我们调的实际上是一个水平的偏摆
就是说我们调这个螺钉
给出来的是水平偏摆
那么我们也可以旋转
这样如果有波片在里头
可以旋转波片的快轴
这也是一个经常用的
光学元件的固定方式
它有三个姿态的调整自由度
好 那么这样就是一些
透镜 反射镜 波片等
这些光学元件的常用的固定方式
我们这里简单介绍了一下
光学实验室常用的调节架
实际上调节架还有很多很多种
我们有空也可以翻翻
相关厂家的产品目录
看看有哪些新产品出现
也寻找一些设计灵感
好 这节课就先到这儿 谢谢
-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
