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设定光轴
使用以前介绍的调光路方法并参考下图,激光器安装在调整架中,其俯仰和偏转方向可调,而光阑通过直角转接件安装矩形底座上,其高度和横向位置可调。图片
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先拧入四个螺丝并放好激光器然后按下述步骤进行操作:
1. 将光阑放在近点螺丝放置,只调节光阑的XY位置,使激光从中心通过;此处不要调激光器的指向。
2. 将光阑放在远点螺丝放置,只调节激光器的俯仰和偏转,使激光从中心通过;此处不要调光阑的位置。3. 重复上面两步,直到光阑不管位于近点还是远点,激光都能打在光阑中心;这样就设好了光轴,使激光既平行于光学平台的每一排螺纹孔,又平行于台面。
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近点调节光阑位置
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远点调节光束指向
虽然这里使用可见光,但如果将光阑换成合适的激光观察卡,这个方法应该也能用于对准不可见的红外或紫外激光。
对准单透镜
在调好的光轴上放一张带洞的纸,比如放在激光器的输出孔径处,这样能在纸上找到来自单透镜两个表面的反射光斑。下面是调节光斑的方法:左右移动透镜:使两光斑在一条垂线上。改变透镜的高度:使两个光斑高度相同。绕接杆旋转透镜:使两个光斑同步旋转。图片
两个表面产生两个光斑图片
左右平移透镜使光斑在一条垂线上图片
调节透镜高度使光斑和光轴等高图片
平移和旋转微调使全部光斑重合通过以上操作可使两个光斑重合在出光孔径处(上面使用双凸透镜演示)。这样就完成了透镜的对准,此时激光垂直入射在透镜的中心。
在实验中发现,如果透镜距离太远,反射光斑可能因为发散变得太大太模糊,让操作不方便。这时可拿激光观察卡或纸片靠近光轴,调节透镜使入射和反射光重合;交替在光轴左右甚至上下检查,以免透镜安装时就是歪的。借助对准靶或光阑先找到透镜中心并使用接杆套环固定高度可能让操作更方便。图片
激光对准透镜中心
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旋转透镜调节光斑
需要注意的是,对于激光器受反射光影响稳定性甚至损坏的情况,可在激光器输出端安装法拉第隔离器,确保反射光不会进入腔内。
几点小疑问
1. 透镜未对准会怎样影响入射光?
如果入射光横向偏离透镜中心,光束将出现偏转。如果透镜倾斜,光束将出现横向平移。下面展示了这两种影响及其简单的量化关系。图片
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2. 怎样辨别大焦距平凸透镜的凸面?平凸透镜通常用于聚焦准直光或准直点光源。为了降低这两种应用中的球差,准直光束应入射在透镜曲面上,而点光源应入射在平面上。对于Thorlabs已安装透镜和个别未安装透镜,边缘刻有指向曲面的箭头。图片
平凸用法
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↑∞符号
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指向曲面
但是,对于某些焦距很大且没有标记的透镜,如果用肉眼不能分辨哪面是平哪面是凸怎么办呢?为此我们在Stack Exchange和Reddit找到了一些相关的回答以供参考。
Stack Exchange [1]
a. 如果不担心损伤透镜,可将透镜放在光滑平整的表面上,试着从边缘推一推。如果凸面在底部,应该能感受到微小的移动。对于光学方法,因为平凸透镜不是理想的,所以可通过测量检查两个焦点,通过比较确定透镜的面向。b. 以大角度把透镜放在灯光下,直至看到作为镜面反射的光源。如果图像是直的(无变形),这面就是平面。如果图像是变形的,这面就是曲面。图片
平面
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凸面
Reddit [2]
用光学平板和单色光产生牛顿环来辨别。如果只有单色光和平坦光滑的表面,可在上面滴点水,透镜平面由于表面张力会贴住,而稍有弯曲的一面不那么贴。不要对镀膜透镜这么做。还可以尝试用激光笔掠射,平面会完美反射,而曲面反射会有一些奇怪的方向。通过一个简单的实验,下面两图对比了平凸透镜以不同面向反射的椭圆光斑。左图从平面入射,前表面的反射光斑和入射光斑大小基本相同。右图从凸面入射,两个反射光斑都会变大。图片
从平面入射
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从凸面入射
[1] https://physics.stackexchange.com/questions/480636/which-side-is-convex-in-my-plano-convex-lens
[2] https://www.reddit.com/r/Optics/comments/301yev/how_to_determine_the_sides_of_a_planoconvex_or/?rdt=436893. 安装透镜时要注意什么?
透镜可通过卡环固定在套筒或安装座中。对于平面或低曲率光学元件,可使用标准卡环。对于高曲率光学元件,比如非球面透镜、短焦距平凸透镜和聚光镜,可使用加厚卡环。高曲率元件用标准卡环固定时可能在拧扳手时被划伤,还可能因为空隙而不能压紧。图片
标准卡环
固定低曲率元件
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加厚卡环
固定高曲率元件
下面展示了四种安装示例。
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LMR1
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LM2XY
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CXY1A
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ST1XY-S
欢迎大家分享实验技巧和心得,2024年加油!图片
Thorlabs使命宣言探索、实现、推动光电子核心技术的发展
——以科技改变世界。
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