在激光器設計搭建中,透鏡或者透鏡組如何準直?
如題,在做實驗的過程中,光束經過透鏡後並不平行於水平面,用氦氖光準直時調節半天,效果不明顯,請問透鏡或者透鏡組一般是如何準直的呢?請教一下大家。
光學中我們說的「準直」是指調整光束髮散角至最小,「水平」則是調整光束與光學平台平行。接下來的討論都是建立在這個基礎之上。
對於水平調節:
1. 你需要至少一個小孔光闌,將它牢固安裝在底座上,首先通過將光闌反覆拉近拉遠,觀察激光高度的變化,不斷調整激光器俯仰角,最終使得在近處和遠處光斑高度不變。
2. 將光闌中心高度調整到與光斑高度一致,鎖緊,這將是後面調整的重要工具。
3. 放入透鏡後,在透鏡前方放置上述光闌,調整光闌中心與激光中心重合,調整透鏡角度和位置,使透鏡前後兩面的反射光斑都與孔闌中心重合。此過程中注意適度調節孔闌大小。
對於準直調節:
- 最好是有一個剪切干涉儀,觀察干涉圖是否與基線平行,這是手動調整光路時準直精度最高的方案。
- 要是沒有剪切干涉儀,用反射平晶加白紙也行……
- 連平晶都沒有,那就只用白紙吧,把光斑拉出幾米遠,看看大小是否變化吧……
首先,你要保證你輸出的激光是水平的且準直的,準直一般激光器輸出已經最好了,至於水平,請使用兩個反射鏡,一個反射鏡用來反射俯仰,另一個用來調整左右。
具體方法:光過第一個反射鏡後,用直角尺子量反射光線距離光學水平平台的垂直距離,一遍第一個反射光線都是斜的。在第一反射線上找到你要的高度的那個位置,在此位置放置反射鏡二,這個時候第二次反射出的光線,其出射點已經是你要的高度了。在第二反射光線光路上,近場大改離反射鏡1cm左右量取高度,如果是你要的高度,進行下一步,如果不是,請調反射鏡一直到反射光線二是你要的高度。
如果近場高度合適,請在遠場處再量起距離平面的高度,遠場選3-5m遠合適。調好遠場再調整近場,如此反覆,近遠場會都達到你要的高度,那這束激光就水平了。下來是透鏡,請將你的透鏡放在至少五維調整架上,並保證你架子加透鏡的高度能保證透鏡中心剛好是你剛才調整的光路的高度。這樣首先透鏡y軸就不需要太大調整了。
然後調節透鏡的z軸保證出射的光斑是你要的,或聚焦或平行或什麼的。也就是調整相對應透鏡的物距。方法還是近遠場測量光束高度和光斑。
完了以後,請調整俯仰角和轉動角,保證你從透鏡出生光斑依然沿著原來光路以及原來高度。
如果沒有滿足條件,請繼續微調整透鏡的xyz,軸,每調整一次,量一下近遠場。直到滿意為止。
什麼你說你沒五維調整架?那四維總有吧,什麼四維也沒有?那難怪你調整起來這麼難呢……看透鏡前後表面的反射光點啊。調的時候要一個一個的調,調某一個透鏡的時候最好用紙片遮住其它的以避免干擾。下面就以單透鏡準直為例,分享一下我個人的經驗。首先要保證基準光(氦氖光)打在透鏡中心。由於透鏡至少有一面是曲面,因此如果基準光不在中心,前後表面反射的光點必定是不重合的兩個光點。
1.在豎直方向移動透鏡,可以發現兩個反射光點在豎直方向上的相對位置會發生改變。將兩個光點在豎直方向上的相對位置調到最小(即兩反射光點水平)。
2.保持豎直方向不動,在水平方向移動透鏡,即可改變反射光點在水平方向的相對位置。由於第一步兩反射光點已經水平,所以此時仔細 調節便可以將兩個反射光點調重合。3. 兩個反射光點重合,就說明基準光是通過透鏡中心的。但是仍需調節透鏡的俯仰才能完成準直。所以此時調節透鏡鏡架上的螺絲,使得反射光點返回到氦氖管的出光孔(出光孔可能比較大,為了提高精度,一般可以在氦氖管後加一小孔,讓反射光回到小孔)。至此,這個透鏡的準直就完成了。光路準直所用到的都是最最基本的幾何光學的原理,所以更重要的是經驗。這裡寫的也只是我個人的慣用方法,希望對樓主能有所幫助吧。說是手藝活一點也不過分,當然奇技淫巧也是有的。
錢多的話就上cage吧,可以到處掛靶,用錢換時間。當然,cage本身也有幾百微米的誤差,追求極度精確的話可能會需要不斷追加帶multi-axis freedom的mount,請先確認錢包。缺錢的話請務必別選這條路。要更精確的話還可以用beam profiler看看有沒有畸變,球面鏡如果不在中心或者傾斜基本上都會有明顯的astigmatism,向Airy disk逼近就好了,還可以比較精確的確定焦點。缺錢的話可以買個便宜ccd相機或者webcam什麼的,把鏡頭下了。盡量用帶螺紋的mount,如果是collimated beam,可以很方便旋一個透鏡在後面幫助align。雙光闌確定一條直線唄,實驗室得多備一些光闌,變動比較多的原件後方光路記得為光闌預留倆底座別挪
首先應該將激光光束調直,利用靶標之類的東西,將靶標固定在直線度好的導軌上,前後移動靶標,如果光斑位置不動,就是平行於光學平台。
下圖忽視光斑的形狀
先鬧清楚光源波長和準直鏡焦距。善用可調光闌,微動台,靶標。最後,戴好眼鏡,注意安全!
先保證光源光線水平。放上光闌小孔,讓光水平穿過小孔。放透鏡,讓光大致打在透鏡中央。這時透鏡的前後面的兩個反射光斑會打到光闌上。可以詳細考慮各種光沒正入射到透鏡的中心,光闌上光斑位置會出現的情況。把兩個光斑都對準光闌口就準直了。
偷懶的辦法是,用多兩個鏡子放在透鏡的後面,想多平多平。非要不能加鏡子,一個靠高精度的手,一個靠高精度高維度的調整架了。
薛同學的回答很好的,按照他的方法就可以的人。還有兩個方法僅供參考,一個是先用尺子量出大致尺寸,再精細調節,精細調節的時候後面放一個特定角度耦合的功率計,功率最大的時候就OK。還有一個也是先用尺子大致調,調好了擋住光斑中心看衍射光斑,衍射光斑對稱的時候就OK。
帶小孔的探片,你老師沒教過你嘛……
善用小孔
室友天天在寢室里胡吹的經驗,不要問我我也不懂
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