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光學(xué)調(diào)整架綜合介紹

2020-07-21 09:25| 發(fā)布者: | 查看: |

選擇光學(xué)調(diào)整架時(shí)不僅需要確認(rèn)尺寸是否合適,還要保證能進(jìn)行必要的調(diào)整,并滿足光學(xué)系統(tǒng)的空間限制等,所以,這也是一個(gè)要進(jìn)行多方面確認(rèn)的工作。

這里,我們通過一個(gè)具體的例子,按照構(gòu)筑光學(xué)系統(tǒng)的順序,簡要說明一下選擇光學(xué)調(diào)整架的過程和需要注意的事項(xiàng)。

首先,在制作光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置前,要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,準(zhǔn)備好光路圖。

一般來說,大部分的光路圖中,僅畫了光學(xué)元器件等,通常沒有調(diào)整架及調(diào)整軸的信息的。

我們通過下面的光路圖作為例子,說明一下構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置的要點(diǎn)。

為了搭建這個(gè)光學(xué)系統(tǒng),必須以激光束為基準(zhǔn),把每個(gè)光學(xué)元器件放置到合適的位置。

不同的光學(xué)元器件,其安裝使用方法也不同,所以選用的鏡架和調(diào)整軸也會不一樣。我們把這些信息添加到了結(jié)構(gòu)圖中。

后,統(tǒng)觀其結(jié)構(gòu)圖,確認(rèn)光軸高度是否一致?鏡架之間是否會互相干涉?是否具備了光學(xué)系統(tǒng)所要求的調(diào)節(jié)自由度?等等。后決定系統(tǒng)的組成部件。

光軸高度

通常,光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置都是固定在水平實(shí)驗(yàn)臺上的。而且,設(shè)置在實(shí)驗(yàn)平臺上的激光器的出射光束大多也是水平方向的,所以,我們常??墒褂眠@個(gè)激光束作為設(shè)置光學(xué)元器件的基準(zhǔn)。

光學(xué)系統(tǒng)中所使用的光學(xué)元器件都和激光束處于同一高度是理想的。但是,光學(xué)元器件的種類很多,各鏡架的光軸高度也不同,因此我們要選擇合適的可調(diào)節(jié)鏡架或高度調(diào)整塊,使光學(xué)元器件處于相同高度。如果激光光源,或被測樣品的光軸高度無法改變時(shí),那么就必須以其高度為基準(zhǔn),調(diào)整其他光學(xué)元器件的高度了。另外,如果整個(gè)系統(tǒng)的光軸高度沒有特別的限制時(shí),通常以整個(gè)系統(tǒng)中光軸高度不能更低的那個(gè)器件的高度為基準(zhǔn),選配合調(diào)整其他光學(xué)元器件的光軸高度了。

注意

請一定在購買鏡架和平臺等之前,確定好系統(tǒng)的光軸高度。否則,很可能會發(fā)生中途更換鏡架或者需要重新購買零部件的情況。

光路的調(diào)整

光束,是一個(gè)摸不著,也不能直接看到其行進(jìn)軌跡的東西。激光束照射到光學(xué)元器件上后,在什么地方,以什么角度反射,一般我們不能直接用肉眼觀察。

所以,我們通常通過照射到光學(xué)元器件后的反射光或透射光來判斷激光光束和光學(xué)元器件之間的相互位置關(guān)系。這種光學(xué)調(diào)整方法也常被簡稱為[對準(zhǔn)]。

下面,我們介紹幾種常用的[對準(zhǔn)]方法。

激光器的調(diào)整方法

在光學(xué)平臺上,在激光束預(yù)定通過的位置上做好2個(gè)標(biāo)記。如果平臺上有矩陣排列的螺紋孔時(shí),好選定激光束穿過這些螺紋孔的位置,這樣會比較方便些。

設(shè)置好激光器后,發(fā)射激光束。用一把垂直于平臺的尺子確認(rèn)激光束的位置。先把尺子豎立在靠近激光器的標(biāo)記處,上下左右調(diào)整激光器的光束高度和位置。

然后,把尺子移到遠(yuǎn)離激光器的那個(gè)標(biāo)記了的位置處,調(diào)節(jié)激光器的角度,使激光束照射在尺子的相同高度上。如此反復(fù)幾次調(diào)整激光器的角度和位置,就可得到一束其光軸在希望的高度上的,并且平行于臺面的激光束了。

激光器調(diào)整完畢后,固定好激光器的位置,防止光軸偏移。

調(diào)整激光束和光學(xué)元器件相對位置的方法

激光束照射到光學(xué)元器件的表面上時(shí),通常只能看到很弱的散射光。調(diào)整元器件的位置使其散射光出現(xiàn)在元器件的中心位置。

但是,如果激光較弱或元器件的表面透過率很高時(shí),我們也可能觀察不到散射光束。在這種情況下,如圖所示,我們可以用紙張的一角故意使光束散射,便于確認(rèn)和調(diào)整激光束的位置。

調(diào)整激光束垂直入射光學(xué)元器件的方法

激光束照射到平面形狀的光學(xué)器件時(shí),該平面器件會將光束反射回光源處的,此時(shí)可確認(rèn)反射光斑的位置判斷是否垂直。復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng),會出現(xiàn)多個(gè)反射光斑,這時(shí)可使用遮光板把其他器件的反射光束遮擋掉后,調(diào)整某特定器件的反射光束。

調(diào)整元器件的角度使激光束反射回到激光光源的出口附近。

當(dāng)幾個(gè)元器件同時(shí)反射回幾個(gè)光束時(shí),調(diào)整元器件的角度,使它們的反射光斑的中心位置處于激光發(fā)射口附近。

注意

假如反射光束被完全反射回激光器發(fā)射口的話,會導(dǎo)致激光器的輸出不穩(wěn)定。

請把反射光束調(diào)節(jié)至發(fā)射口的附近,并以可看到完整光斑為準(zhǔn)。

設(shè)置45度入射角的元器件

首先在光學(xué)平臺上,追加反射鏡的位置和直角反射光束通過位置的標(biāo)記。

然后在反射光束和反射鏡位置連線的延長線上設(shè)置反射鏡,使反射表面中心處在這條直線上。

在這個(gè)延長線上平行移動(dòng)反射鏡鏡架,當(dāng)激光束照射到反射鏡反射面的中心位置上時(shí)固定反射鏡。

后,調(diào)整反射鏡的光學(xué)調(diào)整架的水平和垂直方向的角度,使反射光束通過反射光束標(biāo)識位置上的指定高度,使激光光束與平臺平行。

調(diào)整透鏡光軸

當(dāng)激光器的照射位置偏離透鏡的光軸時(shí),穿過透鏡的光束相對于光軸是傾斜的。所以,為了使透過的激光光束與光軸方向一致,需要在YZ軸方向調(diào)節(jié)透鏡位置。

同時(shí),一般還要使激光光束聚焦到某指定位置,所以還需要X軸方向的調(diào)整。

這種X軸方向的調(diào)整機(jī)構(gòu)一般不需要微調(diào)的,我們推薦選用能夠在較大范圍快速調(diào)整的燕尾槽平臺。

([注意] 如果是顯微物鏡那樣的短焦距鏡頭,X軸方向也是需要精密調(diào)節(jié)的。)

在一般的光學(xué)系統(tǒng)中,通常不需要精密調(diào)整透鏡的傾斜的。如果透鏡中心在激光光束的光軸上,即使透鏡稍有些傾斜,激光光束的前進(jìn)方向也不變的。但是,在干涉儀或激光加工等精密的光學(xué)系統(tǒng)里,鏡片的傾斜所產(chǎn)生的光學(xué)象差也需要關(guān)注時(shí),可以通過觀察波面或光斑的強(qiáng)度分布,調(diào)整鏡片的傾斜,使其達(dá)到優(yōu)良狀態(tài)。

調(diào)整分光鏡的透射光路

當(dāng)激光光束垂直照射到平行平面的元器件時(shí),透射光路并不會改變。然而當(dāng)元器件傾斜于光軸時(shí),出射光路相對入射光路會平行移動(dòng)。元器件的折射率,厚度和入射的角度不同時(shí),其偏移量也不同。

在已經(jīng)調(diào)整好的光路中,插入傾斜的分光鏡時(shí),相對器件或鏡架,光束的中心位置會產(chǎn)生偏移。因此,如果需要傾斜插入分光鏡等時(shí),必須事先考慮激光束的偏移,配置光學(xué)元器件的位置。

例如,固定分光鏡后方的光學(xué)元器件時(shí),使用可以自由調(diào)節(jié)位置的底板,使其不受平臺安裝孔位置的限制。

鏡架立柱及支架的更換

產(chǎn)品樣本上所記載的大部分鏡架都可以和M6外螺紋的立柱配合使用。

如果希望卸掉標(biāo)配的立柱,換用其它立柱時(shí),請注意核對螺紋尺寸規(guī)格。

如希望更換為(8-32UNC)或M4螺紋規(guī)格的立柱,可在型號末尾追加規(guī)定的后綴指定。

◎ 請?jiān)谛吞柲┪沧芳右?guī)定的后綴指定需要的螺紋尺寸。

各種鏡架選購件的使用案例

如果追加了鏡架型號的尾綴,則不再包含立柱了。

如果選用了英寸規(guī)格或M4規(guī)格的支架·底板等,請同時(shí)指定EE或UU規(guī)格的立柱和支架。

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