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光学元件

发布时间:2023-10-13 14:47:50 浏览量:1189 作者:Luo

摘要

在光路调整实验以及光学元件的夹持中,需要各种各样的元器件。如透镜、棱镜、反射镜之类的光学元件一般不会单独使用,而是通过恰当的装置被固定在一个支撑结构中进行装调,该结构主要包括底座和支架。固定在支架上的众多光学元件构成了一个光学系统以满足实验的需要。当光源发出的光线传播时,通过微移动元件和定位元件对光学系统进行调整,使得距离、位置、倾角、角度等条件满足要求。总之,合理使用光学元件可组成各种光学系统,进行各种光学应用,本文主要介绍了几种光学元件及其应用。

正文


光学元件


1.红外光学元件


大部分在可见光范围内使用的玻璃和晶体材料同样适用于近红外区域,它们用于制造透镜、棱镜以及窗口元件。石英玻璃应用的波长范围可以达到4μm,甚至硼硅玻璃都可以应用在3μm波长范围。波长大于红外波长区域的材料会常常用到,如卤化物单晶体、氧化物晶体、玻璃、硫系玻璃和半导体材料。在光通信中,由于吸收导致OH基减少的石英玻璃纤维也经常会用到。红外光谱波长区域的使用范围更广,例如采用反射光学系统的温度测量设备,就包含一个成像装置、波长在3~5μm和8~14μm的夜视设备、半导体锗和硅 的折射透镜、消色镜头和变焦镜头等。


红外光谱范围内,会经常用到如棱镜、窗口材料和器皿等光学元件,而选择合适的材料时要考虑到适 用的波长限制、可操作性和稳定性。卤化物单晶体从紫外到红外区域是透光的。氟化镁和氟化钙相对稳定, 其透光区域波长达到12μm。氯化钠、溴化钾和碘化铯三种材料的透光区域波长分别达到20μm、30μm和 70μm,但由于这些材料容易分解,因此需要谨慎使用。此外,氯化钠和溴化钾容易潮解和分解。因此,对于光学元件而言,制作的材料应该严格选取。


2.紫外光学元件


普通的光学玻璃,当紫外光谱波长小于350nm左右,透过率会减小并且不能长期使用。因此用于紫外 线区的透镜和棱镜材料,如石英玻璃(石英)、氧化铝(蓝宝石)、氟化钙(萤石)、卤化物如氟化镁和氟化锂常 被使用,这些材料的透光区域zui短波长分别约160nm、150nm、125nm、115nm和105 nm。需要注意的是,如果 一束强烈的紫外光照射硅玻璃或氟化锂上,由于中心色差就会使透射率减少,石英玻璃的这种现象已经得到改善;氟化锂则表现出轻微的潮解特性。


对于紫外波段使用的光学元件,减轻重量会利于光刻工艺。对于用KrF准分子激光器(波长248nm)、 ArF准分子激光器(波长193nm)和F?准分子激光器(波长157nm)作光源的,一般选用卤化物晶体作为谐振 腔窗口材料,由于折射系数均匀性和变形相关的问题而使用石英玻璃来减轻镜头重量。由于色差校正无法 用一种玻璃材料进行,所以提出了几种方案,包括一个具有标准具、棱镜衍射光栅和光学反射镜组合系统的高频窄带准分子激光器。


3.滤光片


滤光片是光路中的重要组件之一,主要用来实现提取、增强、减弱特定光线或图像以达到特殊要求的功能。


(1)滤光片


照相滤光片设计的目的是使透射率根据光的波长而发生改变。防紫外线滤光片、红外线保护滤光片、颜色转换滤光片、色彩补偿滤光片、短波截止滤光片和光束衰减器都是典型的光学滤光片。这些滤光片的主要目的是消除不良光以获取图像或只允许所需波长通过。偏转滤光片通过在某一特定方向偏转光线,也可用于去除由某一个表面反射的光线,如水表面或玻璃表面。


(2)空间频率滤光片


空间或空间频率滤光片是一种提供给定的透射率分布的光学组件。它们常常用于图像特征提取或位移检测,使用的滤光片提供完全透过和吸收两种情况,如透过率依正弦波变化的滤光片。在光学傅里叶变换平台中的空间滤光片被称为空间频率滤光片,用于消除和校正噪音、特征提取并加强图像处理和分析。当然,光学系统中应用的元件还有很多,如光调制器,光纤,偏光器,光扫描器,衰减片,等等,本文仅仅介绍了几种。


3.1 没有空间滤波


3.2 状态调整的滤波器


3.3 调整好的滤波器


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