毋玉芬

摘要：光學(xué)元件是所有光電儀器的基礎(chǔ)，針對(duì)光學(xué)元件開展的系列檢測(cè)會(huì)綜合應(yīng)用到工程光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)等基本原理與知識(shí)。通過(guò)開展光學(xué)元件組裝實(shí)訓(xùn)，可以訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，并提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手裝配能力。本文闡述了在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)“光學(xué)元件組裝實(shí)訓(xùn)”課程的意義，并詳細(xì)介紹了開設(shè)的各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：光電專業(yè)；光學(xué)元件組裝；實(shí)訓(xùn)

1 引言

為適應(yīng)時(shí)代及社會(huì)發(fā)展的需求，提升自己的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，對(duì)于光電相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，不僅要具備較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且要具備相應(yīng)的專業(yè)技能和素養(yǎng)，如掌握光電子器件和光電子信息系統(tǒng)開發(fā)所必需的基本技能和專業(yè)技能。光學(xué)元件是所有光電儀器的基礎(chǔ)[1-2]，針對(duì)光學(xué)元件開展的系列檢測(cè)會(huì)綜合應(yīng)用到工程光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)等基本原理與知識(shí)[3-4]。通過(guò)開展光學(xué)元件組裝實(shí)訓(xùn)，可以訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)、綜合應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的能力，并提高學(xué)生光學(xué)元件裝配動(dòng)手能力。為此在光電信息科學(xué)與工程開設(shè)“光學(xué)元件組裝實(shí)訓(xùn)”課程具有重要意義[5]。

2 具體實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

結(jié)合光電信息專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，具體開展了以下幾項(xiàng)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

1）光學(xué)元件清潔包裝與光潔度檢測(cè)

在日常使用中，光學(xué)元件會(huì)接觸灰塵，水和皮膚油脂等污染物。這些污染物增加了光學(xué)表面的散射和對(duì)入射光的吸收，這會(huì)在光學(xué)表面形成熱點(diǎn)和腐蝕點(diǎn)，造成永久性的損傷。由于光學(xué)元件的材料，尺寸，精度等因素不同，使用正確的處理和清潔方法非常重要。

本實(shí)習(xí)工位內(nèi)容涵蓋了光學(xué)元件的拿取、清潔、包裝、光潔度檢驗(yàn)。實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)元件的拿取、清潔、包裝方法及注意事項(xiàng)，并進(jìn)行操作實(shí)習(xí)；在自己動(dòng)手對(duì)待測(cè)光學(xué)元件進(jìn)行清潔后，用三目顯微鏡對(duì)光學(xué)元件的光潔度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)光學(xué)窗口、透鏡、棱鏡、反射鏡、濾光片、分劃板的光潔度進(jìn)行檢測(cè)與分級(jí)，并對(duì)給定的光學(xué)元件進(jìn)行崩邊檢查。

2）光學(xué)元件外形與面型檢測(cè)

該實(shí)訓(xùn)工位要求學(xué)生了解、學(xué)習(xí)光學(xué)元件外形尺寸檢測(cè)的注意事項(xiàng)，學(xué)習(xí)光學(xué)元件圖紙標(biāo)注外形尺寸的檢測(cè)方法，并進(jìn)行光學(xué)元件檢測(cè)操作實(shí)習(xí)。實(shí)訓(xùn)時(shí)采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺，千分尺，高度儀，對(duì)光學(xué)透鏡、光學(xué)棱鏡以及光學(xué)窗口的的外形尺寸和面型進(jìn)行檢測(cè)。充分鍛煉學(xué)生的識(shí)圖和動(dòng)手測(cè)試能力。

3）光學(xué)元件拋光面形位公差檢測(cè)

自準(zhǔn)直儀是一種光學(xué)測(cè)角儀器它是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理來(lái)觀測(cè)目標(biāo)位置的變化，廣泛應(yīng)用于直線度和平面度的測(cè)量。它和多面棱鏡、標(biāo)準(zhǔn)量塊等配合可以檢測(cè)分度機(jī)構(gòu)的分度誤差，此外還可以測(cè)量零部件的垂直度、平行度等。

“光學(xué)元件拋光面形位公差檢測(cè)”實(shí)訓(xùn)工位要求學(xué)生學(xué)會(huì)光學(xué)自準(zhǔn)直儀的使用方法，用自準(zhǔn)直儀檢測(cè)平面光學(xué)窗口的平行度誤差，對(duì)分光棱鏡的分光角度、直角棱鏡90°角、直角光學(xué)元件塔差進(jìn)行誤差測(cè)量。通過(guò)該工位的實(shí)訓(xùn)練習(xí)，使學(xué)生對(duì)前期所學(xué)光學(xué)光路知識(shí)得到鞏固，讓學(xué)生在掌握光學(xué)原理的基礎(chǔ)上，鍛煉學(xué)生動(dòng)手調(diào)試儀器、認(rèn)真觀察讀數(shù)、并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的能力。

4）分光、偏振、衍射光學(xué)元件檢測(cè)

光在傳播過(guò)程中有不同的振動(dòng)方向，即光在振動(dòng)方向上具有偏向性，亦被后來(lái)稱為“偏振光”。光在傳播過(guò)程中的不同振動(dòng)方向增加了一個(gè)可被控制的自由度，我們可以通過(guò)適當(dāng)?shù)墓饴钒才呕蛘咛厥獠牧?、鍍膜等光學(xué)元件進(jìn)一步將偏振狀態(tài)的改變按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成傳播方向、位相、頻率以及光強(qiáng)的改變，進(jìn)而分析一些光參量；反之我們通過(guò)光強(qiáng)變化和光參量來(lái)測(cè)量一些特殊光學(xué)元件的分光比和消光比。

本實(shí)訓(xùn)工位旨在讓學(xué)生認(rèn)知常用的光學(xué)分光、偏振光學(xué)元件；學(xué)習(xí)分光元件的分光比檢測(cè)，并進(jìn)行操作實(shí)習(xí)；學(xué)習(xí)偏振元件的消光比檢測(cè)，并進(jìn)行操作實(shí)習(xí)；以及學(xué)習(xí)光學(xué)元件的衍射現(xiàn)象及衍射效率測(cè)試。相關(guān)實(shí)驗(yàn)通過(guò)激光器配合激光功率計(jì)進(jìn)行結(jié)果測(cè)量。該工位對(duì)光電專業(yè)的學(xué)生來(lái)講，是對(duì)其專業(yè)知識(shí)的進(jìn)一步形象化普及和鞏固，將平時(shí)學(xué)生在課堂上和書本上學(xué)到的光學(xué)元件和光學(xué)原理實(shí)際展現(xiàn)在眼前手邊，通過(guò)觀察和自己動(dòng)手操作，對(duì)這些知識(shí)進(jìn)一步理解。

5）光學(xué)鏡頭組裝

光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響算法的實(shí)現(xiàn)和效果。光學(xué)鏡頭組裝工位主要鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作和調(diào)節(jié)能力，使學(xué)生在理解光學(xué)鏡頭種類和基本光路原理的前提下，對(duì)準(zhǔn)直鏡、遠(yuǎn)心成像鏡頭以及變倍鏡頭等幾組光學(xué)鏡頭進(jìn)行動(dòng)手拆裝，并配合激光器對(duì)組裝后的光學(xué)鏡頭進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)校準(zhǔn)及參數(shù)測(cè)量。

6）鏡片鍍膜檢測(cè)

使用光學(xué)方法測(cè)量薄膜厚度有多種方式，例如：棱鏡耦合法、光譜法和橢偏法。本實(shí)驗(yàn)所使用的是光譜法，利用白光干涉的原理測(cè)量薄膜厚度，具有設(shè)備成本低，易于搭建光路的優(yōu)點(diǎn)，是目前在線測(cè)量薄膜厚度的主流光學(xué)方法之一。

本實(shí)訓(xùn)工位要求學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握白光干涉測(cè)定薄膜厚度的基本原理，通過(guò)使用擬合算法和快速傅立葉變換算法來(lái)測(cè)量薄膜厚度，測(cè)量多種類型濾光片的透射光譜并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

7）原子發(fā)射光譜測(cè)量

原子發(fā)射光譜法，是依據(jù)各種元素的原子或離子在熱激發(fā)或電激發(fā)下，發(fā)射特征的電磁輻射，而進(jìn)行元素的定性與定量分析的方法，是光譜學(xué)各個(gè)分支中最為古老的一種，在發(fā)現(xiàn)新元素和推進(jìn)原子結(jié)構(gòu)理論方面作出過(guò)重要貢獻(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)使用光譜管組來(lái)觀測(cè)多種氣體的原子發(fā)射光譜。光譜管組是一種低氣壓放電管，共包括五支直形光譜管，每支光譜管兩端均裝有電極。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)在光譜管的兩端加以高壓，使管內(nèi)的氣體產(chǎn)生輝光放電，發(fā)出一定顏色的光。原子不同，發(fā)射的明線光譜也不同，每種元素的原子都有一定的明線光譜。每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，因此，明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線，據(jù)此可對(duì)元素進(jìn)行定性分析。實(shí)訓(xùn)時(shí)，學(xué)生使用光譜儀對(duì)發(fā)射光譜進(jìn)行采集，通過(guò)譜線的條數(shù)、位置、顏色來(lái)識(shí)別出它是由哪種元素發(fā)出的，并對(duì)相應(yīng)光管進(jìn)行標(biāo)定。

3總結(jié)

《光學(xué)元件組裝實(shí)訓(xùn)》是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)重要獨(dú)立實(shí)踐課程之一，是一門綜合性的實(shí)驗(yàn)選修課程。教學(xué)目的在于通過(guò)課程學(xué)習(xí)及實(shí)際動(dòng)手操作，使學(xué)生能夠識(shí)別光學(xué)元件、知道其光學(xué)作用、掌握光學(xué)元件的組裝和調(diào)試等技能，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

課程涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容需要學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)綜合應(yīng)用到實(shí)踐操作中，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力及綜合素質(zhì)將有很大的提升。

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