2020年5月19日 星期二

筆記:光學實驗


光反射路徑


光源可參考先前連結。反射鏡是最基本的光路,應用繁多,雷射切割中光路轉換就是最好的例子,而即使是反射鏡也有很多學問,例如下面鏡片為介質膜鏡片,單價約七十台幣,專用在45度角高密度雷射( 購買 2, 連結 )。上邊則是鍍鋁K9材質,反射窗口片26*20*3mm,單價接近一百, (購買 2, 連結)。


也可以考慮這一個(連結)

如果結合兩片反射鏡,就能構成振鏡,在空間中製造不同方向光束,可用在OCT平面掃描、雷射型SLA、雷射繪圖、雷雕等,最近看到蜂鳥雷雕真是驚奇,價格壓到一萬以下就有無線網路 + 雷射 + 振鏡 + 自動對焦種種功能,實在不得了。這裡是電路範例(連結),連結

連結

連結

近來更有利用半導體製程,研發的MEMS 全角度鏡面 (micro-electrical-mechanical system),與機械相比體積小且功耗低,可應用在OCT,3D結構光,2D雷射平面掃描,LIDAR等。(連結)(連結)

小图
連結

上述元件,靜面尺寸僅1.3mm,掃描頻率是5.3kHz,掃描角度為±30°,最小可控制角度為0.05°。反射面為鍍金。價格昂貴,超過台幣萬元。

光折射與透鏡


折射,是進入光學世界的基礎,可以雷射穿越壓克力或水進行觀測。不同介質折射角度不同,應用眾多,光纖就是利用入射角大於折射角全反射現象的成品。

更複雜的折射現象就是透鏡系統,包括凹透鏡、凸透鏡、非球面等等,最直覺的是Maker提供的光學積木包,這裡面有各種壓克力透鏡,若是結合這個網站(連結),一定能達到很好的教學效果。


手邊透鏡
1.最右邊小的平凸透镜,K9玻璃,直径5mm焦距 15mm,T400-700nm,是為了要模擬瞳孔,(購買2 連結)。
2.再往左塑膠袋內兩個平凸透鏡,是隨著上面壓克力元件贈送,資料不詳。
3.再往左綠綠膠膜紙包著是8倍微距雙凸鏡頭,直徑21mm焦距30,(購買連結)。
4.很凸的是15mm至38.5mm可选,當時買的是30*17mm光面,似乎能调焦聚光LED透镜,(購買連結)。
5.有點凸的,找不到購買連結。
另外有七個我曾經買過6*3mm無邊,直徑3mm 焦距6mm (連結) 但不知道東西在哪。以及其他參考購買連結

雷射光線有個特殊應用是聚焦鏡,這是因為雷射為平行光,功率集中就可以透過聚焦鏡,最常見到就是雷射切割,將光斑聚集到一個點。另外OCT中也一直提到聚焦,可以減少測試面積。這篇提到許多CO2雷射光路原理(連結)。 連結

除了普通鏡片,還有種自聚焦鏡片(連結),当光线在空气中传播遇到不同介质时,由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统透镜是通过控制透镜表面的曲率,利用产生的光程差使光线汇聚成一点。自聚焦透镜与普通透镜的区别在于,自聚焦透镜材料折射率的分布沿径向逐渐减小,能够使沿轴向传输的光产生连续折射,从而实现出射光线平滑且连续的汇聚到一点。

液態鏡頭:藉由電荷吸引,改變鏡頭形狀,因為速度非常快,在OCT裝置中出現過。

micro-lens array
連結 連結

光偏振Polarized

偏光鏡有兩種,目前常見為CPL圓形偏光,原理是光線原本分為左、右旋兩種,CPL隔絕其中之一。另外是直線偏光,用在液晶顯示上,目前研究牙齒蛀牙架構中大量使用到偏光功能,若是拍攝穿透牙齒,疊合兩片偏光鏡能夠將空氣中直射光線過濾(連結),若是僅使用一片能有效過濾水面或是玻璃的反光。

光波長相關實驗


與光波長有關實驗是光譜儀,可參考以往連結。若論延伸應用,最直覺是濾光片。

紅色是直徑27mm*1mm 紅光800-1000nm,400-750nm截止的濾光片(購買連結),肉眼貼在深紅玻璃片前,幾乎看不到任何影像(當然啦,眼睛本來就看不到),但若用IR-Cut的相機就能看到畫面,可用於互動遊戲。
透明那個是模擬人眼會過濾濾過所有紅外線,是從GF1相機拆下。還有一種是僅接受1310附近光線,低或高於這範圍的都會被過濾。
還有安裝過,InGaAs機器附屬的有1310 +-50 和 1550 +-50 兩種。如果要購買1550的價值至少一千五(連結)。
最近還有RBGIR則是在IR那個位置上,特別只打開該波長的通過。

這些濾光片可以架在感應器上、感應器前、嵌在鏡頭後,鏡頭保護鏡。感應器前的濾光片,大多用在夜間攝影,可透過電磁閥或減速馬達加渦稈進行機械式開關。切換機制連結連結

光會因為折射區分出不同波長光線,相反的在合併後會合成為白光,下面裝置能夠動態將各種顏色組合成白色,或是組合成新的顏色,大多應用在演唱會等場合,有趣的是,也可以應用在NBI中。合光模組連結  連結  連結 。原理不瞭解,但懷疑是某些波長可以反射,某些波長是穿透,例如這種鏡片的概念(連結)

麥克森干涉儀(Michelson Interferometer)


干涉儀基本元件是分光鏡,又叫做半穿半反片,BeamSplitter,雷射光源入射後會一分為二(一般應用大多為45度),可以50%穿透50%反射(或不同比例),以多層膜蒸鍍而成非金屬膜,因此吸收率極低。連結 連結

分光鏡有兩種
平板分光鏡( 購買連結,廠家眾多,這連結尺寸正好符合實驗用 ),這是另外一家但尺寸和波長不合(連結)。 連結
立方體形式,約三百元台幣,購買連結  或是這個也類似,好像有漏光?而且仔細研究SPEC發現牠分光波長居然是400nm~700nm,不符合要求。


實際的實驗器材(連結  連結)

光電量測工具


利用InGaAs將光強度轉為電訊號,呈現給使用者。工程佈線簡易型的基本知識(連結),可以測量六個不同波長的功率,計算公式(連結)。

兩台機器共三種可選擇項目。
機器一(連結),-70~+3 ( 換算為0.0001 mW ~ 2mW )。不過可測量數字實在太小,不考慮。
機器二(連結),-70~+10 ( 換算為0.0001 mW ~ 10mW )。10mW實在太小。
機器二(連結),-50~+26 ( 換算為0.0001 mW ~ 398mW )。應該會選擇這個連結
機器二的英文說明(連結),另外PM203似乎有RS232溝通方式(連結)。
特別產品(連結)。

專業版本能測量微小變化並且與電腦溝通,例如TDOCT,實際差異不確定。

實驗平台滑軌


就是照片中滑台組合啦,雖然號稱有高精密度0.01mm,但大多數都只是方便插拔的平台罷了。



小型滑台(連結)

光纖


以往對光纖都覺得神祕不已,後來才知道其本質就是些塑膠啊。這篇是以環氧樹脂製作光纖的方法(連結)。


原料特性,因為光纖可以看成是很多絲線組合起來,能透過拉線的方式分光,參考( 連結1 連結2 )。也能組合許多纖細的絲條當作內視鏡應用,旭化成成像光纤成像照明光纤 13000芯 1000元/米,連結,VGA 640 480 = 307200。另外,依成分分成單模和多模兩種(連結)。

接頭:
1.插口:標準眾多常見為FC,市售光纖搭配FC接頭成品跳線,和自製教程。
2.接光源:例如LED燈光轉入光纖(連結)。
3.接LD:偉阡? (連結) (連結) (連結)。
4.接準直鏡,討論準直的需求(連結),產品1,產品2產品2產品3。準直如果要調整,可以用這種機制(連結)  可以考慮龍回的準直 連結
5.接反射鏡,(連結)。

光纖與分光鏡的組合,參考(連結  連結  連結  連結)

紅外光線

因為超過1000nm以上的光源昂貴又少,目前都是檯燈和鹵素燈,可以蒐集些資料。

PINHOLE

能讓球狀光源變成平行光,購買連結,為了做全像實驗使用

顯微鏡

照片中三台,分別是研究型手機顯微鏡、微流體模組,還有和女兒到MAKER那自組兩台顯微鏡合體。


3D立體視覺

和光學實驗關聯有點遠

CTScan
CTScan連結 鏡頭介紹連結

沒有留言:

張貼留言