光纤准直器原理
- 格式:doc
- 大小:206.00 KB
- 文档页数:7
第二章 激光准直原理第一节 光的衍射现象一切波动都能绕过障碍物向背后传播的性质。
例如:户外的声波可绕过树木,墙壁等障碍物而传到室内,无线电波能绕过楼房,高山等障碍物传到收音机、电视里等。
波遇到障碍物时偏离原来直线传播的方向的现象称为波的衍射 日常生活中的光的衍射现象不明显的原因???310aλ衍射现象不明显 1-2-1010a→≈λ衍射现象显著 110a1-→≈λ逐渐过渡为散射首先我们来做一个实验,让一单色强光源(激光)发出的光波,通过半径为ρ且连续可调的小圆孔后,则在小圆孔后的屏上将发现:当ρ足够大时,在原屏上看到的是一个均与照明的光斑,光斑的大小为圆孔的几何投影。
这与光的直线传播想一致。
如图:随着ρ的逐渐变小,屏上的光斑也逐渐减小,但当圆孔减小到一定程度时,屏上的光斑将逐渐扩展,弥漫。
光强出现分布不均匀,呈现出明暗相间的同心圆环,且圆环中心出现时亮时暗的变化。
光斑的扩展弥漫,说明光线偏离了原来的直线传播,绕过障碍物,这种现象称为光的衍射。
再来做一个实验,用一束激光照射宽度连续可调的竖直狭缝,并在数米外放置接受屏,也可以得到衍射图样。
逐渐减狭缝的宽度,屏上亮纹也逐渐减小,当狭缝的宽度小到一定程度,亮纹将沿于狭缝垂直的水平方向扩展。
同时出现明暗相间的衍射图样,中央亮纹强度最大,两侧递减,衍射效应明显,缝宽越窄,对入射光束的波限制越厉害,则衍射图样扩展的越大,衍射效应越显著。
一、光的衍射定义:光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影,并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象二、产生条件:障碍物的线度和光的波长可以比拟的时候三、衍射规律:1.光在均匀的自由空间传播时,因光波波面未受到限制,则光沿直线传播。
当遇到障碍物时,光波面受限,造成光强扩展,弥漫,分布不均匀,并偏离直线传播而出现衍射现象。
2.光波面受限越厉害,衍射图样扩展越显著。
光波面在衍射屏上哪个方向受限,接受屏上的衍射图样就在哪个方向扩展。
第二节惠更斯——菲涅耳原理一、惠更斯原理1.波面:等相位面2. 任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源,各自发出球面次波;在以后的任何时刻,所有这些次波面的包络面形成整个波,在该时刻的新波面——“次波”假设。
一种光纤准直器的制作方法光纤准直器是一种用于将光束准直的光学器件,广泛应用于光通信、激光加工和光学测量等领域。
在光纤通信中,光纤准直器起到连接光纤和其他光学器件的作用,能够提高光信号的传输效率和质量。
下面将介绍一种常见的光纤准直器的制作方法。
材料准备:1. 光纤:选择质量好、传输损耗低的单模光纤。
2. 光纤准直器芯棒:常用材料有石英、玻璃等,需要具有良好的光学性能。
3. 粘接剂:选择透明度高、粘接强度好的粘接剂,如光学级环氧树脂。
制作步骤:步骤一:光纤的预处理1. 使用光纤剥皮器剥去光纤外部的包覆层和绝缘层,露出裸露的光纤芯。
2. 使用光纤切割器将光纤切割成所需长度。
步骤二:制备光纤准直器芯棒1. 准备光纤准直器芯棒,根据需求选择合适的直径和长度。
2. 将光纤准直器芯棒进行打磨,使其表面光滑,以提高粘接质量。
步骤三:光纤与准直器芯棒的粘接1. 在准直器芯棒的一端涂抹一层适量的粘接剂。
2. 将光纤的裸露芯对准准直器芯棒上的粘接剂,轻轻放置在一起。
3. 使用显微镜检查粘接部分,确保光纤和准直器芯棒之间的对准度。
步骤四:光纤准直器固化1. 将粘接好的光纤准直器放入光纤准直器固化装置中。
2. 根据粘接剂的要求,设定适当的固化温度和时间。
3. 等待固化完成,取出固化好的光纤准直器。
步骤五:光纤准直器测试1. 使用光纤测试仪器对光纤准直器进行测试,如检测光损耗、准直度等参数。
2. 根据测试结果进行调整和优化,以确保光纤准直器的性能达到要求。
需要注意的是,在制作光纤准直器的过程中,应保持操作环境的洁净,并防止灰尘、杂质等对器件质量的影响。
同时,不同光纤准直器的制作方法可能会有所差异,需要根据具体情况进行调整和改进。
光纤准直器的制作是一个精密的过程,需要仔细操作和合理选择材料,以确保制作出具有高传输效率和稳定性能的光纤准直器。
通过不断的研究和改进,可以进一步提高光纤准直器的制作工艺和性能,满足不同应用领域的需求。
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和调整光学元件的仪器,它能够确保光学系统中的元件处于准确的位置和角度,以保证光路的精确性和稳定性。
自准直仪原理是指利用自准直仪进行光学元件的调整和校准所依据的基本原理和方法。
下面将详细介绍自准直仪的原理及其应用。
首先,自准直仪的原理是基于光学干涉的原理。
当自准直仪的测量光束与被测元件的表面相交时,会产生干涉条纹。
通过观察和分析这些干涉条纹的变化,可以确定光学元件的位置和角度是否准确,从而进行调整和校准。
其次,自准直仪原理还涉及到光学元件的反射和折射特性。
不同材料和表面状态的光学元件在光束的反射和折射过程中会产生不同的干涉效应,利用自准直仪可以对这些效应进行精确的测量和分析,从而实现光学元件的精确定位和角度调整。
另外,自准直仪原理还包括了光学系统的稳定性和环境因素的影响。
光学系统在不同的环境条件下会受到温度、湿度、气压等因素的影响,这些因素会导致光学元件的位置和角度发生变化。
自准直仪通过实时监测和反馈调整,可以对这些变化进行及时的补偿和修正,确保光学系统的稳定性和精度。
最后,自准直仪原理还涉及到数据处理和分析的方法。
通过对自准直仪采集到的干涉条纹图像进行数字化处理和分析,可以得到光学元件的位置和角度信息,进而进行自动化的调整和校准。
这些方法包括数字图像处理、信号处理、模式识别等技术,为自准直仪的精确度和效率提供了强大的支持。
综上所述,自准直仪原理是基于光学干涉、反射和折射特性、系统稳定性和数据处理分析等多方面的原理和方法。
通过对这些原理的深入理解和应用,可以实现光学元件的精确定位和角度调整,保证光学系统的精确性和稳定性,为光学测量和调整提供了重要的技术支持。
光纤连接器的工作原理光纤连接器是指用于连接光纤之间的一种连接装置,其作用是将光纤之间的光信号传递和连接。
光纤连接器是光通信系统中不可或缺的一部分,它起着连接光纤、传递光信号和保护光纤末端的作用。
光纤连接器的工作原理主要包括光纤连接、对准、光信号传输等方面。
一、光纤连接光纤连接器的工作原理首先涉及到光纤的连接。
光纤连接器的设计和制造都是基于光纤的物理特性和精密加工技术。
当两根光纤需要连接时,光纤连接器会通过其内部的精密机械结构和光学元件,将两根光纤的末端对准并连接在一起。
连接时需要保证光纤的端面平整光滑,并且通过连接器的机械结构实现稳固的固定,以确保光信号的稳定传输。
二、对准光纤连接器的另一个重要工作原理是对准。
对准过程是指在连接两根光纤时,需要将它们的末端精确地对齐,以确保光信号能够有效地传输。
光纤连接器中通常包括一系列精密的对准结构和光学元件,通过调节这些结构和元件,可以实现光纤末端的精细对准。
这种对准的精度通常在微米级甚至亚微米级,这就需要连接器具备高精度的制造工艺和优质的材料,以保证对准的稳定和可靠性。
三、光信号传输光纤连接器的最核心工作原理之一是光信号的传输。
当两根光纤通过连接器连接在一起后,光信号就可以从一根光纤传输到另一根光纤。
连接器的内部结构通常包括透镜、耦合器、反射镜等光学元件,这些元件能够将光信号有效地传输、耦合和聚焦,以确保光信号的稳定传输质量。
在光信号传输过程中,连接器还需要能够有效地抵抗光纤末端的杂散光、反射光和损耗等问题,这就需要连接器具备良好的抗干扰能力和低损耗特性,以确保光信号的传输质量和稳定性。
光纤连接器的工作原理主要包括光纤连接、对准和光信号传输等方面。
通过对这些工作原理的理解,我们可以更好地理解光纤连接器在光通信系统中的重要性和功能,同时也能够更好地选择和使用光纤连接器,以确保光信号的可靠传输和连接质量。
激光准直的真实原理是什么激光准直是指通过特定的光学元件以及光学设计手段,使激光光束具有平行光特性的过程。
在激光技术的应用中,激光准直是一个非常重要的工艺步骤,它能够确保激光束在传输过程中的方向性、光强、光斑尺寸等参数的稳定性和一致性,从而提高激光系统的成像质量、测量精度和功率效率等方面的性能。
激光准直的真实原理主要包括两个方面:光学元件的选择和光学系统的调整。
第一,光学元件的选择:在激光准直的过程中,光学元件起到了至关重要的作用。
其中,最常用的光学元件包括准直透镜、锥形透镜以及棱镜等。
准直透镜是最常见的光学元件之一,在激光准直中主要用于改变光束的方向、焦距和尺寸等参数。
而锥形透镜则可以将被准直的光束聚焦成较小且尺寸均匀的激光光点,从而实现光束的微聚焦。
另外,棱镜可以通过反射和折射等光学原理,对激光光束进行线性调整,实现光束的偏转和对准等功能。
根据激光准直的要求和实际应用场景的不同,选择合适的光学元件是至关重要的。
一般来说,需要综合考虑光学元件的透射率、折射率、材料的热膨胀系数以及成本等因素,以确保光学元件能够在激光准直中具有较好的性能和稳定性。
第二,光学系统的调整:在选择合适的光学元件后,还需要对光学系统进行精确的调整,以实现激光准直的目标。
光学系统的调整主要包括光路对准、调焦和调整光斑尺寸等方面的操作。
首先,进行光路对准是激光准直的重要步骤。
通过调整光学元件的位置和角度,使得光线在系统中的传输路径保持平行,以确保激光光束具有稳定的方向性和光强分布。
其次,进行调焦操作是实现激光准直的关键环节。
通过改变准直透镜或锥形透镜的位置和焦距,使激光光束能够在一定距离内保持最佳的聚焦效果,以实现激光准直的最终目标。
此外,调整光斑尺寸也是激光准直中需要考虑的因素之一。
根据实际需要,通过调整光学元件的直径、形状和倾斜角度等参数,改变激光光斑的大小和形状,以满足特定的应用需求。
综上所述,激光准直的真实原理主要包括光学元件的选择和光学系统的调整。
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和调整光学系统的仪器,它能够精确地确定光学系统的光轴位置和方向。
在现代光学领域,自准直仪被广泛应用于望远镜、显微镜、激光器等光学系统的制造和校准过程中。
本文将介绍自准直仪的原理及其工作原理。
自准直仪的原理是基于光学干涉原理的。
光学干涉是指两束或多束光波相互叠加,形成明暗条纹的现象。
自准直仪利用这一原理,通过光波的干涉来测量光学系统的光轴位置和方向。
当光线与光学系统的光轴重合时,干涉条纹将保持稳定,而当光线偏离光轴时,干涉条纹将产生移动。
通过测量干涉条纹的移动情况,就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪通常由光源、分束器、透镜、干涉仪和检测器等部件组成。
光源发出的光线经过分束器分成两束,一束直射到光学系统上,另一束经过透镜成为平行光,然后通过干涉仪和检测器进行干涉条纹的测量。
当光学系统的光轴与平行光的方向重合时,干涉条纹将保持稳定,检测器将输出零信号;而当光学系统的光轴偏离平行光的方向时,干涉条纹将产生移动,检测器将输出相应的信号。
通过测量检测器的输出信号,就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪的工作原理是基于干涉测量技术的,它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在光学系统的制造和校准过程中,自准直仪起着至关重要的作用,它能够帮助工程师们快速准确地调整光学系统,确保光学系统的性能达到设计要求。
同时,自准直仪还具有测量精度高、操作简便等优点,因此在光学制造和校准领域得到了广泛的应用。
总之,自准直仪是一种基于光学干涉原理的测量仪器,它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在现代光学制造和校准领域,自准直仪发挥着重要作用,为光学系统的制造和校准提供了有力的技术支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解自准直仪的原理及其工作原理,进一步推动光学技术的发展和应用。
激光准直原理
激光准直是指将激光束聚焦为一束平行光线的过程。
它是激光技术中非常重要的一环,广泛应用于光学通信、激光加工、激光测量等领域。
激光准直的原理主要包括激光源的产生、光束的整形和聚焦。
下面将详细介绍每个步骤。
首先,激光源产生的是一束具有高度相干性、单色性和直线性的光。
常见的激光源包括氦氖激光器、二极管激光器等。
这些激光源能够提供高质量的激光光束,为后续的准直提供了良好的基础。
接下来,需要对激光光束进行整形,以确保其具有平行的性质。
通常采用的方法是通过透镜组对光束进行整形。
透镜组包括凸透镜和凹透镜,在透镜的作用下可以将光束进行弯曲和聚焦,从而得到平行的光线。
此外,还可以使用棱镜来实现光束的整形。
最后,需要对光束进行聚焦,使其达到所需的直径。
这一步通常使用聚焦透镜来完成。
聚焦透镜具有特定的焦距,它使光束经过折射后聚焦在焦点上。
利用不同焦距的透镜可以实现不同直径的光束聚焦。
总而言之,激光准直通过激光源的产生、光束的整形和聚焦三个步骤,将激光光束变为一束平行光线。
这个过程是激光技术中至关重要的一环,它为后续的光学应用提供了基础。
激光准直仪原理激光准直仪原理是指利用激光光束来检测测量物体的水平和垂直方向的相对位置,是一种常用于建筑、制造和测绘等领域的精确测量工具。
激光准直仪由于其高精度和高效率,已成为现代科技和工程实践的必备工具。
激光准直仪原理包括激光发射原理、激光束偏转原理和光电测量原理。
下面我们将详细介绍这三个方面的原理。
一、激光发射原理激光准直仪可以发射单色、高强度的激光束,其核心技术是激光的发射原理。
激光是由激光器中的激光介质(如He-Ne、Nd:YAG等)所产生的,并通过光机系统将激光束做成平行光线发射出去。
激光的发射具有相干性强、方向性好、空间相干长度长等特点,因此具有高亮度性质。
激光准直仪中常用的激光器有He-Ne激光、半导体激光和固体激光等。
He-Ne激光器是一种常见的气体激光器,具有单色性好、光束质量高等优点。
而半导体激光器体积小,效率高,但线宽大,不适用于精密测量。
固体激光器具有较大的输出功率和较高的光束质量,因此被广泛应用。
二、激光束偏转原理激光准直仪中的激光束偏转主要是通过光学元件来实现的,常见的光学元件有反射镜、透镜和棱镜等。
激光准直仪中常用的光学元件是反射镜。
激光准直仪中的反射镜一般分为二面反射镜和三面反射镜两种。
二面反射镜由两块平行的反射面构成,常用于对准垂直方向和水平方向;而三面反射镜则由三块相互垂直的反射面构成,可以同时对准垂直方向、水平方向和竖直方向。
当激光束通过反射镜时,会依照反射镜的角度发生偏转,从而实现对准垂直方向和水平方向,达到准确定位的目的。
三、光电测量原理激光准直仪还需要通过光电测量原理对测量值进行确定。
光电检测是通过光电二极管集成电路将光电转化为电信号,经放大、滤波、数字化等处理后,达到对物体位置的测量。
在激光准直仪中常用的光电检测元件有光电倍增管、光电二极管、CCD等。
在进行精密的测量时,通常采用CCD,以提高测量的精度和稳定性。
激光准直仪原理是利用激光的发射、光束偏转和光电测量原理,将物体的水平和垂直方向的相对位置进行测量。
光纤准直器参数
光纤准直器是一种重要的光学器件,用于将光纤输出的光束准直成一束平行光。
其参数对于保证系统的稳定性和性能具有重要意义。
1. 波长范围:光纤准直器的波长范围是指其可以使用的光波长范围。
不同的准直器有不同的波长范围,需根据实际需求选择。
2. 输出光斑形状:光纤准直器的输出光斑形状应该尽可能接近于一个理想的平行光束,以提高系统的传输效率和稳定性。
3. 插入损耗:插入损耗是指光纤准直器插入系统后引起的光功率损失。
准直器的插入损耗应尽可能小,以保证系统的传输效率。
4. 回波损耗:回波损耗是指光纤准直器对反射光的抑制能力。
准直器的回波损耗应尽可能大,以减少反射光对系统的影响。
5. 机械结构:光纤准直器的机械结构应稳定可靠,能够承受一定的机械应力和热应力,以确保长期使用的稳定性和可靠性。
6. 环境适应性:光纤准直器应能够在一定的温度、湿度、气压等环境下稳定工作,以保证系统的可靠性和稳定性。
7. 兼容性:光纤准直器应能够与各种不同类型的光纤、透镜等光学器件配合使用,以实现系统的集成和优化。
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和校准光学仪器的精密仪器,它采用了先进的技术和原理,能够实现高精度的测量和校准。
在现代科学研究和工程技术中,自准直仪扮演着非常重要的角色。
本文将介绍自准直仪的原理及其应用。
自准直仪的原理主要基于光学的干涉和衍射现象。
当一束光线通过自准直仪的光学系统时,会发生干涉和衍射现象,这些现象会受到被测量物体的表面形貌和光学特性的影响。
通过测量干涉和衍射现象的变化,可以确定被测量物体的形貌和光学特性,从而实现测量和校准的目的。
自准直仪通常由光源、光学系统、探测器和数据处理系统等部分组成。
光源产生一束光线,经过光学系统聚焦成一束平行光,照射到被测量物体表面上。
被测量物体表面的形貌和光学特性会改变光线的传播,产生干涉和衍射现象。
探测器接收到经过被测量物体表面反射或透射的光线,将其转换成电信号,经过数据处理系统处理后得到测量结果。
自准直仪可以应用于各种光学仪器的测量和校准,例如望远镜、显微镜、激光器等。
在望远镜的制造过程中,需要对镜片的形貌和光学特性进行精密测量和校准,以确保望远镜具有良好的成像质量。
自准直仪可以实现对镜片的形貌和光学特性的精密测量,为望远镜的制造提供重要的技术支持。
除了在光学仪器制造中的应用,自准直仪还可以用于科学研究和工程技术中的各种领域。
例如,在航天器的制造过程中,需要对航天器的光学系统进行精密校准,以确保航天器能够准确地进行观测和测量。
自准直仪可以实现对航天器光学系统的精密校准,为航天器的研制和使用提供重要的技术支持。
总之,自准直仪是一种应用广泛、功能强大的光学测量和校准仪器,它基于光学的干涉和衍射原理,能够实现对光学仪器的精密测量和校准。
在现代科学研究和工程技术中,自准直仪发挥着重要的作用,为各种光学仪器的制造和使用提供重要的技术支持。
相信随着科学技术的不断发展,自准直仪将会在更多的领域发挥重要作用,为人类的发展进步做出更大的贡献。
大口径光纤准直器
Schafter kirchhoff大口径光纤准直器,使用波段覆盖紫外-可见-红外波段,镀有增透膜的镜片保证透过率>99.5%,带有聚焦/倾斜调整部件的准直器,可以将机械轴和光轴进行二次对准操作,实现精密的光束准直操作。
通过光纤准直器,可见将光纤的发散光束处理为实现平行光输出。
或者将自由空间的光束,耦合进多模/单模光纤中。
·焦距20-200mm
·光束出射口径从3.6-36mm
·通光口径Max48mm
·高斯光束轮廓
·内置倾斜调整,用于对准机械轴和光轴
·焦距可调
内部镜片都进行了镀膜处理,提高了透过率,降低了反射。
除此之外,还可以在该光纤准直器内部集成1/4波片,可以将线偏振光转换成圆偏振光
大口径光纤准直器。
光纤准直器的耦合效率
作者:王彦晓裴立明陈盼
来源:《科技资讯》2013年第19期
摘要:通过介绍高斯光束及其传播特性、变换矩阵等,得到光纤准直器的变换矩阵。
最后由高斯光束耦合理论推导出两准直器间存在径向错位、轴向夹和轴向间距时,两准直器的耦合效率。
关键词:高斯光束变换矩阵传播特性耦合效率
中图分类号:O4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)07(a)-0069-01
由于光纤准直器质量轻、体积小、输出近平行光优点[1],被作为耦合器件广泛应用于光纤通信中。
本文对光纤准直器的原理进行分析,得到光纤准直器的变换矩阵和存在径向错位、轴向夹和轴向间距时的耦合效率,为以后光纤准直器的使用提供理论参考。
1 高斯光束及其传播法
在均匀介质中沿z轴传播的基模高斯光束的可以表示为[2]
(1)
其中:λ为波长;为高斯光束的共焦参数;为基模高斯光束的腰斑半径;为在z处的曲率半径;为在z点处的光斑半径。
2 光纤准直器的变换矩阵
2.1 高斯光束的变换矩阵
4 结论
本文通过对高斯光束的学习和对光纤准直器的理论分析,得到光纤准直器的变换矩阵和两准直器间存在径向错位、轴向夹和轴向间距时,两准直器间的耦合效率,为光纤准直器的使用奠定理论基础。
参考文献
[1] 自聚焦透镜[Z].光纤在线,2004,10.
[2] 张中华,林殿阳,于欣,等.光电子学原理与技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009:85-87.
[3] 林学煌,方罗珍,姚建,等.光无源器件[M].北京:人民邮电出版社,1998:166-170.。
一、实验目的1. 理解光路准直的基本原理和重要性;2. 掌握光路准直实验的操作步骤;3. 学会使用光具组进行光路准直实验;4. 通过实验验证光路准直的效果。
二、实验原理光路准直是指通过调整光具组中的光学元件,使光线沿直线传播,达到光路精确的目的。
光路准直实验通常包括以下步骤:1. 光源的选择:选择合适的点光源,如激光笔、激光二极管等;2. 准直透镜:使用准直透镜将点光源发出的光线变为平行光;3. 光具组:将准直透镜、分束器、反射镜等光学元件按照实验要求组装成光路;4. 光路调整:通过调整光学元件的位置和角度,使光线沿直线传播;5. 观察与分析:观察光路准直的效果,分析光路准直的原理和影响因素。
三、实验器材1. 激光笔;2. 准直透镜;3. 分束器;4. 反射镜;5. 光具座;6. 光屏;7. 光具组支架;8. 直尺;9. 计时器。
四、实验步骤1. 将激光笔固定在光具座上,调整激光笔的高度和角度,使其发出的光线垂直于光具座;2. 将准直透镜放置在光具座上,调整准直透镜与激光笔之间的距离,使准直透镜能够将激光笔发出的光线变为平行光;3. 将分束器放置在光具座上,调整分束器与准直透镜之间的距离,使分束器能够将平行光分成两束;4. 将反射镜放置在光具座上,调整反射镜的角度,使反射镜能够将分束器分出的两束光反射;5. 将光屏放置在光具座上,调整光屏与反射镜之间的距离,使光屏能够接收到反射光;6. 调整光具组中的光学元件,使光线沿直线传播;7. 观察光路准直的效果,记录实验数据;8. 分析实验结果,验证光路准直的原理和影响因素。
五、实验结果与分析1. 实验现象:通过调整光具组中的光学元件,使光线沿直线传播,光屏上出现清晰的图像;2. 实验数据:记录光具组中各光学元件的位置和角度,以及光屏上图像的清晰度;3. 分析:光路准直实验验证了光路准直的原理,即通过调整光学元件的位置和角度,使光线沿直线传播。
实验过程中,发现光路准直的效果受到以下因素的影响:(1)光学元件的质量:光学元件的质量直接影响光路准直的效果,质量越好的光学元件,光路准直的效果越好;(2)光学元件的清洁度:光学元件的清洁度也会影响光路准直的效果,清洁度越高,光路准直的效果越好;(3)实验操作:实验操作不规范,如调整光学元件时力度过大、角度过大等,都会影响光路准直的效果。
激光准直技术在工业生产生活中的应用摘要:激光由于具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特点,在工程、医疗等方面得到了广泛的应用。
因此,对激光准直技术的研究具有重要意义与广泛的前景。
这里就激光准直技术的工作原理及其在基本建设工程施工测量中的应用做简单介绍。
关键词:激光、准直仪、准直基线1、引言随着世界工业技术的迅猛发展,对各项几何参数的测量精度要求越来越高。
直线度测量是集合计量领域里最基本的计量项目之一,直接影响仪器精度、性能、质量,也是机械加工中常见又重要的测量项目。
在精密仪器制造与检测、大尺寸测量、大型仪器安装与定位、军工产品制造等领域中有着广泛应用。
2、原理激光准直的原理如图1所示,由激光器L发出一束单横模的激光(一般为可见光,通常采用氦氖激光器的0.633µm波长的光),利用倒置的望远镜系统S,将光束形成直径很细的(约为几毫米)的平行光束,或者将光束在不同距离上聚焦成圆形小光斑。
此平行光束中心的轨迹为一条直线,即可作为准直和测量的基准线。
在需要准直的位置处用光电探测器接受准直光束。
该光电探测器为四象限光电探测器D(即由4块光电池组成),激光束照射到光电探测器上时,每块光电池会产生电压V1,V2,V3,V4。
当激光束中心照射在光电探测器中心处,由于4块光电池收到相同的光能量,产生的电压值相等;而当激光束中心偏离光电探测器中心时,将有偏差电压信号Vx和Vy;Vx= V1 -V3,Vy= V2 - V4由此偏差电压即可知道接收点位置的偏移大小和方向。
图1 激光准直仪结构图按检测原理激光准直技术大致可分为三个类型:(一)振幅(光强)测量型由于激光漂移、光线弯曲、大气扰动以及光束横截面内光强分布的不对称性的影响,直接利用激光本身作准直基线,稳定性最好也只能达到10−5量级。
为提高准直精度,必须有效地克服上述影响,于是出现了多种设计方案。
1、菲涅尔波带片法激光束通过Fresnel波带片形成十字形的能量分布。
准直镜在光路中的作用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:准直镜是一种光学元件,具有将发散光线聚焦成平行光线的作用。
在光学系统中,准直镜起着重要的作用,可以有效改善光路的质量和稳定性。
本文将重点探讨准直镜在光路中的作用,包括其定义、种类以及在不同领域中的应用。
通过深入了解准直镜的原理和特性,能够更好地理解其在光学系统中的重要性和作用机制。
通过本文的阐述,读者将能够更全面地认识准直镜在光学领域中的重要性及其广泛的应用价值。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中,将简要概述准直镜在光路中的作用,介绍文章的结构和写作目的。
在正文部分,将详细阐述准直镜的定义、在光路中的作用以及不同种类的准直镜。
结合相关理论知识和实际应用,探讨准直镜在光学系统中的重要性和影响。
最后,在结论部分对准直镜的重要性进行总结,展望准直镜在未来的应用领域,并总结全文的观点和结论。
通过这样的结构安排,可以全面深入地探讨准直镜在光学领域中的重要作用,为读者提供详尽的相关知识和信息。
1.3 目的本文的主要目的是探讨准直镜在光学系统中的重要作用。
准直镜作为光学领域中常用的元件之一,具有聚焦、改变光线方向和平行化光线等功能。
通过对准直镜的定义、作用机理以及种类进行详细介绍,希望能够帮助读者更深入地理解准直镜在光路中的作用和重要性。
同时,本文还将展望准直镜在未来的应用领域,并对准直镜的发展趋势进行探讨。
希望通过本文的阐述,可以为读者提供一些启发和思考,促进对光学系统中准直镜的更深入认识和应用。
最终实现推动光学技术的发展和创新的目的。
2.正文2.1 准直镜的定义准直镜是光学系统中常用的一种光学元件,通常由一个平面镜片组成,在镜片的一面涂有一层光学膜。
准直镜的主要作用是将入射光线准直,使其通过镜片后在光轴上成为平行光线。
这样可以使光线在系统中传播时保持方向稳定,提高光路的精度和稳定性。
准直镜通常用于激光器、显微镜、望远镜等光学系统中,起到改善光线传播质量、减小光斑大小、提高成像精度等作用。
光纤准直器原理
曾孝奇
一.模型
光纤准直器通过透镜能实现将从发散角较大(束腰小)的光束转换为发散角较小(束腰大)的光束,从而以较低损耗耦合进入其他光学器件。
在这里,我们将从光纤中的出射光束认为是基模高斯光束;光纤准直器基本模型如下:
图1 光纤准直器原理示意图
其中,(i=0,1,2,3)为高斯光束的q参数,q参数定义为:
,(1)
,,;(2)图1中,(i=0,1,2,3)分别表示光纤端面,透镜入射面,透镜出射面,和出射光束的束腰处的q参数,而和分别表示透镜变换前后的束腰;l表示光纤端面与透镜间隔,l w为准直器的设计工作距离。
二.理论分析
根据ABCD理论,高斯光束q参数经透镜变换后,
,(3)而且,,,,。
这样,我们可以得到经过透镜后的束腰大小:
,(4)工作距离:
,(5)方程(5)是关于l的二次方程,为使得l有实根,方程(5)的判别式应该不小于零,从而我们可以得到:
,(6)方程(6)表示准直器的工作距离有上限,就是一个最大工作距离。
此时,我们得到:。
分析:不论对于何种透镜,准直器的出射光斑和工作距离都取决于透镜的传输矩阵ABCD;对于给定的透镜,它们还跟入射光斑大小和光纤端面与透镜间的距离l有关,也就是说,对于给定的入射光束和给定的透镜,我们可以通过在透镜焦距附近改变l来实现不同的工作距离。
在实际制作准直器当中,我们正是通过这种方法来实现不同的工作距离的。
进一步地,如果我们需要定量计算准直器的出射束腰和工作距离,需要具体知道不同透镜的ABCD系数。
对于G Lens(自聚焦透镜,通常为0.23P),它的ABCD矩阵为:
,(7)
其中,透镜的透镜的轴线折射率,L为透镜的中心厚度,为透镜的聚焦常数。
由于G Lens的ABCD系数取决于,L和,因而,适当选择这些参数,同样能改变准直器的出射光斑大小和工作距离。
对于C lens(厚透镜),它的传输矩阵为:。
(8)
三.实例分析
本小组采用C lens已制作的一些准直器,C lens参数如下:
曲率半径R=1.2mm,透镜长度L=2.5mm,C lens采用SF11材料,在1550nm处折射率n=1.744742。
另外,从单模光纤SMF28出射的光斑半径为。
这样,根据以上理论分析,我们容易得到出射光在不同位置的光斑大小,并且,我们将理论计算值与Beamscan得到的测量值比较,如下表:
表1 已制作C lens准直器beamscan数据与理论计算值比较
良好(第一焦点)
32m m
近场(7mm)远场(110mm)
测量值与理论
值相对误差
(*100) beamscan测
量
305.3/293.2 702.4/693.6
-3.31
2
2.376
说明:产生“两个焦点”原因在于对于给定的工作距离l w方程(5)关于l的解有两个,一个近,一个远,实际中,应取离透镜近的才能获得发散角小的光束。
在实际制作准直器中应当注意这个问题。
上面提到,对于给定的透镜,准直器出射光束大小和工作距离取决于光纤端面与透镜间的距离l,我们可以从下图定性了解这种变化关系。
图2 工作距离l w与l的关系。
图3 出射光斑大小与工作距离l w的关系。
其中,近场距离为7mm,远场距离为110mm。
图4 出射光发散角与工作距离l w的关系。
从图2,我们可以看到,随着l的增加,工作距离l w先增后减,当l=0.2306mm 时,工作距离l w=54.44mm为最大值。
该最大值由透镜决定的,无论怎样改变l,工作距离也不可能超过它,因此在实际制作准直器中应当考虑这个问题。
从方程(6)和(8),我们也可以得到C lens准直器的最大工作距离的表达式:。
(9)在这里,由于R~mm,n-1~1,在估算C lens准直器最大工作距离时我们可以省略掉项。
从方程(9),我们可以看到,C lens准直器的最大工作距离是由它的曲率半径决定的,它跟曲率半径的平方成正比,因此我们可以容易选用大的曲率半径的C lens获得较大的工作距离,这也是C lens区别于G lens的一个地方。
例如,如果我们选用曲率半径R=1.8mm的C lens,我们可以得到最大工作距离是120mm的准直器。
当工作距离在最大值以内时,有两个不同的l同时能满足工作距离的要求,
一个近,一个远,就如我们上面计算看到的,例如,当l w=25mm, l=0.1897, 0.4056mm。
为获得发散角小的光束,我们应当取l<=0.2306mm,这个问题在实际制作准直器中同样应当考虑到,当l<=0.2306mm时,l w的变化随l变化很敏感,例如,当l=0.1773mm, l w=1mm,当l=0.1870mm,l w=20mm,这意味中我们在制作准直器中调节l要很缓慢。
图3和图4分析了不同工作距离对出射光束的影响。
从图3,我们可以看到,在最大工作距离内,近场光斑在300μm 附近变化,远场光斑在700μm附近变化;近场光斑和束腰大小随着工作距离的增加而减小,而远场光斑随工作距离增加先减小,在45mm附近有稍稍增加。
从图4,在最大工作距离内,随着工作距离的增加,光束的发散角从6.2mrad (0.3552°)单调增加至7.4mrad(0.4240°),这说明,工作距离越小,所获得光束准直效果越好。
四.总结
本文简要分析了准直器的工作原理,并定量分析了影响出射光束腰大小和工作距离的因素,对于给定的透镜,我们可以通过改变光纤端面与透镜距离来实现工作距离的调节。
同时,我们将理论结果分析了几个实际的C lens准直器,分析表明,理论结果与beamscan测量值符合得较好。
除此,我们还分析了l对工作距离的影响,不同工作距离对出射光束大小的影响。