【光學(xué)基礎(chǔ)技巧】反射鏡調(diào)節(jié)方法
摘要：使用反射鏡來實現(xiàn)光路的偏折，是光學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人員最為熟悉的技巧之一；而對于經(jīng)驗豐富的激光工程師和科學(xué)家，更是輕車熟路。但是作為剛踏入實驗室或公司的初學(xué)者，未必會如履坦途。希望這篇文章能幫助初入門者快速領(lǐng)悟技巧，節(jié)省時間提高效率。
當(dāng)年初入實驗室，看到師兄師姐們調(diào)節(jié)光路之淡定從容，注目欽佩，心生羨慕。所幸，得長友點撥，數(shù)次嘗試，幾經(jīng)波折，終領(lǐng)悟其中原理，so easy。
圖一 光路調(diào)節(jié)入門級
圖一是最簡單的雙鏡定位結(jié)構(gòu)，利用兩片反射鏡M1、M2決定一條確定光線AB的例子。一般情況下，在A、B處放置兩個光闌來定位光路方向和位置，通過反復(fù)調(diào)節(jié)M1和M2，最終達成目標(biāo)。但如何才能快速準(zhǔn)確達到目的呢? 要點有兩個：
1. 調(diào)節(jié)A和B兩個光闌的距離盡可能的長，以此來提高調(diào)節(jié)的精度。
2. 第一個光闌A盡可能的靠近M2，這樣大概一兩個回合即可調(diào)好，大大提高了效率。
以上兩個技巧所蘊含的原理：M2表面上光斑的中心位置以及M2的姿態(tài)唯一確定了光路的位置（近場）和方向（遠場）。所有反射鏡光路的調(diào)節(jié)都是基于這個原理。
那么，在復(fù)雜的大型光路中，還能再快速準(zhǔn)確嗎？答案是肯定的，接下來給大家介紹一種進階方法。強烈推薦一款調(diào)光神器（非廣告）：水平標(biāo)線儀。這款調(diào)光神器最初也最常用于建筑工地，而現(xiàn)在亦成為高大上實驗室的定海神針。水平標(biāo)線儀的優(yōu)點是避免了使用鋼尺所具有的安全隱患（激光經(jīng)金屬表面的反射），從而達到確定光路的高度和水平位置到目的。
圖二可看出，它發(fā)射自動水平和豎直的兩條空間延展的激光線（左）或者幾個水平豎直方向上的點（右）。一般會將其固定在三腳架上來調(diào)節(jié)高度。
圖二 水平標(biāo)線儀:線狀（左），點狀（右）
在光路的調(diào)節(jié)過程中，首先要將標(biāo)線儀的水平線調(diào)節(jié)（三腳架或者升降臺）到合適的高度(可以預(yù)先用直尺或者光闌確定)，豎直的標(biāo)線透射到設(shè)計的方向（一般沿光學(xué)平臺的孔中心），之后就可開啟你自己的free style了。
也許會有人質(zhì)疑，使用光闌作為每天的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)過于麻煩，有時甚至很難判斷光束的中心，尤其是在真空和高能量下使用光闌簡直就是不可能。對此，推薦嘗試提高級別的光路調(diào)節(jié)辦法：近遠場成像法。如圖三所示，基本原理并無二異，使用透鏡L1和L2組成的成像系統(tǒng)將M2表面成像到CCD相機C1上，標(biāo)定好光束的中心，以確定近場；利用CCD相機C2接收L1的焦點，以確定遠場。至此，從M2出來的光束方向和位置唯一確定。實際使用過程中利用M1將光束中心調(diào)節(jié)到C1的指定位置，然后利用M2將光束中心調(diào)節(jié)到C2的指定位置，一個回合即可。
使用此方法的好處：
1. 光路的指向性變化可以實時的監(jiān)測，不需要變動實際工作中的光路；
2. 與此同時，還可以搭配自動校準(zhǔn)系統(tǒng)來實時的反饋和調(diào)節(jié)；
3. 適合真空條件下光路的調(diào)節(jié)和監(jiān)測，但是需要搭配真空可調(diào)節(jié)旋鈕；
4. 高端、大氣上檔次，適合炫耀！
關(guān)于搭建和使用技巧：
1. M2的表面必須嚴(yán)格成像在C1上，預(yù)先設(shè)計好成像系統(tǒng)，可將一張名片（或者成像卡）放于M2的表面，使用手電筒強光照射該物面，逐漸移動C1位置，直到得到清晰像；
2. C2必須位于焦點位置，焦點的質(zhì)量無需太糾結(jié)，只明確中心即可；
3. 根據(jù)CCD的芯片尺寸確定L1和L2的焦距，使用正透鏡，不然無法成像；
4. 就經(jīng)濟成本考慮，光路里面的透鏡、分束鏡和CCD相機以及分束鏡無需太高質(zhì)量要求；
5. 真空條件使用情況中，必須嚴(yán)格控制CCD通電的時間，避免相機會因為太熱而損傷。
圖三 光路調(diào)節(jié)提高級:近遠場成像
謹(jǐn)以此文致敬中科院物理所的“激光怪”-馬景龍老師！
馬老師是激光技術(shù)和光學(xué)診斷的資深專家，歡迎大家關(guān)注其公眾號【LaserGuy激光怪】
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