潘寶珠　李博文　藍(lán)新惠　陳天昊　湯靖

【摘 要】激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)小孔縮束以后可以看做光線。確定光軸的方法為：首先調(diào)節(jié)2個(gè)小孔同軸等高，其次調(diào)節(jié)激光器使激光光線穿過(guò)間隔一定距離同軸等高的兩個(gè)小孔，當(dāng)透射光線穿過(guò)小孔，反射光線返回到另一小孔時(shí)，這樣就確定了光軸，且實(shí)現(xiàn)了光軸的可視化。對(duì)于透鏡，透射光線沿著光軸傳播時(shí)，不改變光的傳播方向，反射光線沿原路返回?；诖丝梢詫?duì)光學(xué)系統(tǒng)中凸透鏡、凹透鏡等光學(xué)元件獨(dú)立地進(jìn)行同軸等高調(diào)節(jié)。該方法大大降低了光學(xué)元件同軸等高調(diào)節(jié)和判斷的難度，可顯著地提高工作效率。

【關(guān)鍵詞】光學(xué);實(shí)驗(yàn);同軸等高調(diào)節(jié);激光器

中圖分類號(hào)： O4-34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0097-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.040

Adjustment and Determination Method of Coaxial and Equal Altitude of Optics Elements

PAN Bao-zhu LI Bo-wen LAN Xin-hui CHEN Tian-hao TANG Jing*

（Nantong University，Nantong Jiangsu 226007，China）

【Abstract】The small size beam from a laser which passes through a hole can be seen as light ray.The method to determine the optical axis is that adjusting two holes coaxial and equal altitude firstly.The secondly，the laser is adjusted to make the laser ray pass through two holes，which has some distance apart.When the transmitted ray passes through the hole and the reflected ray returns to the other hole，the optical axis is determined;and visualization of the optical axis is realized.For a lens，when transmitted ray travels along the optical axis，it does not alter the direction;and the reflected ray returns along the original path.Based on this，optical elements such as a convex lens and a concave lens in the optical system can be independently adjusted to coaxial and equal altitude.This method reduces the difficulty of coaxial adjustment and judgment of optical elements greatly，and can significantly improve the work efficiency significantly.

【Key words】Optics;Experiment;Coaxial and equal altitude adjustment;Laser

1 原理

激光器是人類20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。激光器發(fā)射的激光是朝一個(gè)方向射出的，光束的發(fā)散角極小，大約只有0.001弧度。一般光學(xué)實(shí)驗(yàn)中光路并不是很長(zhǎng)（一般小于5米）或很短（大于0.1米），透鏡的口徑一般大于20毫米，利用小孔進(jìn)一步縮小激光束直徑后（小孔直徑一般1毫米左右為宜），出射光束完全可以看做是一條光線。當(dāng)光線在空氣以及透鏡等光學(xué)元件中傳播時(shí)，滿足直線傳播定律、折射定律和反射定律等。對(duì)于透鏡，光線沿著光軸傳播時(shí)，不改變光的傳播方向，反射光線沿原路返回。

2 調(diào)節(jié)過(guò)程

通常光學(xué)實(shí)驗(yàn)的光學(xué)系統(tǒng)搭建在導(dǎo)軌上，光學(xué)元件通過(guò)光學(xué)調(diào)整架與滑塊相連，滑塊可在導(dǎo)軌上固定或移動(dòng)，也可從導(dǎo)軌上拿開(kāi)。光學(xué)調(diào)整架指的是各種桿架、支撐桿、鏡架、平移臺(tái)以及夾持器等，主要用于解決光學(xué)元件的夾持和調(diào)整。具體調(diào)節(jié)過(guò)程和判斷方法如下：

（1）調(diào)節(jié)2個(gè)小孔同軸等高

將支撐激光器1與小孔1的滑塊6靠近并緊固在導(dǎo)軌6上，如圖1所示。粗調(diào)小孔1或激光器的支撐桿3到適當(dāng)?shù)母叨龋尲す馐行拇┻^(guò)小孔1;將調(diào)整好的小孔1連同滑塊一起從導(dǎo)軌上拿掉，輕輕放到一旁待用;將小孔2連同滑塊一起放置到小孔1滑塊相同的位置并緊固，調(diào)整小孔2使激光束中心穿過(guò)小孔，將調(diào)整好的小孔2連同滑塊一起從導(dǎo)軌上拿掉，輕輕放到一旁待用。

（2）調(diào)節(jié)激光器使激光束水平

將調(diào)整好的小孔1和小孔2連帶滑塊一起輕輕放到導(dǎo)軌上，使兩小孔之間間隔適當(dāng)距離，一般達(dá)到導(dǎo)軌長(zhǎng)度的80%左右，固定緊支撐小孔的滑塊，如圖1所示。觀察激光束是否過(guò)兩小孔，如果不穿過(guò)，則通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的三點(diǎn)夾持鏡架2上的兩個(gè)2個(gè)螺絲（實(shí)現(xiàn)激光束傾斜和俯仰調(diào)節(jié)）、精密調(diào)節(jié)桿架4（實(shí)現(xiàn)激光束豎直方向的平移）以及平移臺(tái)5（實(shí)現(xiàn)激光束水平方向的平移），直到激光束中心均穿過(guò)兩小孔為止。激光束水平調(diào)整完成以后，激光器不能再調(diào)節(jié)。

（3）調(diào)節(jié)透鏡與激光束同軸等高

將透鏡8安裝在調(diào)整架上連同滑塊一起放在已調(diào)整好的兩小孔中間并緊固在導(dǎo)軌上，如圖2所示。通過(guò)調(diào)節(jié)支撐透鏡精密調(diào)節(jié)桿架10（實(shí)現(xiàn)透鏡豎直方向的平移）以及平移臺(tái)11（實(shí)現(xiàn)透鏡水平方向的平移），使激光束透射光斑穿過(guò)小孔2;觀察激光束經(jīng)過(guò)透鏡表面后的反射光斑的中心，如果不能返回到小孔1，需要繼續(xù)調(diào)節(jié)透鏡的三點(diǎn)夾持鏡架9上的兩個(gè)2個(gè)螺絲（實(shí)現(xiàn)透鏡傾斜和俯仰調(diào)節(jié)）、精密調(diào)節(jié)桿架（實(shí)現(xiàn)透鏡束垂直方向的平移）以及平移臺(tái)（實(shí)現(xiàn)透鏡束水平方向的平移），直到激光束經(jīng)過(guò)透鏡的透射光斑中心穿過(guò)小孔2以及反射光斑中心落在小孔1上為止。將調(diào)整好的透鏡連帶滑塊一起從導(dǎo)軌上拿掉，輕輕放到一旁待用。凹透鏡和凸透鏡調(diào)節(jié)方法相同。

（4）調(diào)節(jié)物屏和光屏與激光束同軸等高

調(diào)節(jié)物屏和光屏與激光束同軸等高指的是將物屏12（成像的目標(biāo)物）或光屏連同滑塊一起放在兩小孔中間并緊固在導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)物屏或光屏的高度讓激光束光斑落到物屏或光屏的中間，如圖3所示。用一反射鏡13輕貼到物屏或光屏上，旋轉(zhuǎn)物屏使激光束光斑經(jīng)反射鏡返回并穿過(guò)小孔，拿掉反射鏡激光束光斑仍在物屏或光屏中間，則完成物屏或光屏的調(diào)節(jié)，將物屏或光屏連同滑塊一起拿起輕輕放到一旁待用。

棱鏡、反射鏡以及其它的平面類光學(xué)元件的同軸等高可參照物屏和光屏的調(diào)節(jié)和判斷方法;由于棱鏡和反射鏡表面可以直接反光，因此在調(diào)節(jié)時(shí)無(wú)需再另加反射鏡。

3 結(jié)論

這種基于導(dǎo)軌、滑塊的光學(xué)元件同軸等高的調(diào)節(jié)和判斷方法主要包括（1）調(diào)節(jié)2個(gè)小孔同軸等高，（2）調(diào)節(jié)激光器使激光束水平，（3）調(diào)節(jié)透鏡與激光束同軸等高，（4）調(diào)節(jié)物屏和光屏與激光束同軸等高。該方法成本低、精度高、便于實(shí)現(xiàn)，能同時(shí)滿足凸透鏡、凹透鏡以及膠合鏡等光學(xué)元件獨(dú)立調(diào)節(jié)同軸等高的需求，還可以實(shí)現(xiàn)物屏、像屏等其它平面類光學(xué)元件同軸等高的調(diào)節(jié)和判斷，非常適合一般光學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)時(shí)采用。

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