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光机设计的基本原理


光机设计的基本原理 

1.光学设计工程师:通过对各类光学元件的设计,达到预定的设计要求

2.光机工程师:通过保证各类光学元件的空间位置,实现仪器的性能要求 

光学机械总体设计的基本要点 
工作环境 ,结构设计  ,机构运动学设计 ,热环境设计 ,振动设计 ,集成设计 
结构设计的目的: 
1.支撑各类光学元件 
2.构成仪器的整体,功能布局 
运动学设计就是解决光学机械设计中运动件的约束,只有在无过约束或微约束的情况下,才能保证最佳的定位精度和运动精度 
抗热设计 
温度的变化引起结构的变化,从而引起光学系统的变化 
温度的变化引起光学元件面型变化 
温度的变化引起光轴的失调  
 解决方案 
光学系统的误差分析 
温控设计 ,材料选用 ,自动调整 ,被动补偿 ,振动设计 
客观上振动无处不在,振动对精密光学仪器的使用非常有害,振动有两种: 
周期和随机:对一个仪器来说,还存在一定的频率响应 
 光学元件的装调 
不同种类的光学元件,不同类别的光学元件安装方式也是不同的,无论何种元件的安装都有如下特点: 
安装应力小 
光轴与机械轴之间的保证 
温度精度 ,振动精度 ,调整机构 
 单透镜安装方法 
透镜直径在40mm以下时候,多采用滚边法;直径大于40mm时候,因为透镜较重,滚边法不易固定,则常采用压圈法连接。 
包边法:滚边法是将透镜装入金属镜框中,在精密车床上用专用工具把镜框边缘挤压弯折,使其沿着透镜圆角倒角的斜面紧紧地包住透镜,把透镜与镜框牢固的连接在一起。 
 弹性压圈法:弹性元件固定法是利用琴钢丝制成的弹性卡圈将透镜或其他光学元件固定在镜框内的一种方法。一般只用于同轴度及牢固性要求低的透镜。通常用来固定保护玻璃、滤光镜等不重要的光学零件。 
 压圈法:压圈法是用压圈将透镜压紧在镜框内的一种连接方法。  通常采用外螺纹压圈来固定透镜;若组合物镜的结构轴向尺寸受到限制,则通常采用内螺纹压圈固定;在透镜与压圈之间增加一个弹性垫圈,使其受力分布均匀,此结构常用于直径较大、透镜厚度较薄的场合,以适应温度变化的影响。   
 胶接法:胶粘固定法是利用胶粘剂如环氧树脂、乌利当胶粘剂(聚氨酯胶粘剂)把透镜胶粘在镜框内的一种连接方法。通常用于直径很小的透镜 
 压圈与径向的几种几种接触方式 
相切法 
球面包络法 
微光学课程概要 
 研究微米级,纳米级尺寸的光学元器件的设计和制造加工,以及利用这类元器件来实现广播的发射,传输,变换。特点是体积小,重量轻,可集成,可复制有两大类一是折射率调制型,二是浮雕调制型:折射型,衍射型(多台阶面形 连续面型) 
 非线性光学 
 在线性光学中,光经过介质后频率不会改变,所以红光还是红光。在非线性光学中,光经过光学介质后,光的频率、空间等某些光学参量会依赖于光强变化而变化。蓝色光子的频率是两个红色光子频率之和,红光之所以会变成蓝光,是因为强光下两个红色光子在非线性材料中“合成”了一个蓝色光子,这就是和频效应。当然,非线性光学的神奇不止于此,它还有双光子吸收、光学参量放大、自聚焦、光克尔等等应用性极强的效应。 
 但为什么生活中看不到非线性光学效应呢?最主要的原因是非线性光学效应的产生需要较强的光,若光达到一定强度,空气中也可以看到非线性光学效应。 
 计算机视觉 
 利用各种成像系统来获取图像,利用计算机来处理和解释,使计算机具有从二维图像感知三维环境的能力包括三维物体的几何形状,位置,运动姿态并且对它们进行描述,存储和识别 
 精密机械结构设计 
 主要研究精密机械结构中常用的机构和零部件,从机构分析,工作能力和精度方面来分析这些零部件介绍其原理,特点,应用范围和设计计算的一般原则和方法。 
 掌握常用零部件的工作原理,特点 计算和选型方法 
 建立零件的受力模型,确定零件的载荷 
 选择零件的类型和结构 
 学则零件的材料 
 俺可能的失效形式确定零件的计算准则,并确定零件的基本尺寸 
 零件的结构设计 
 傅里叶光学 
傅里叶光学是光学与通信理论相结合而产生的一个现代光学分支,它采用傅里叶分析和线性系统理论分析光波的传播,衍射,成像等问题。 
用时间脉冲响应和时间频率描述通信系统,用空间脉冲响应和空间频率响应描述光学系统,从频率域考察系统的效应,即频谱分析方法就是线性系统和傅里叶分析提供给我们的最重要方法。 
讨论线性系统和非线性系统的定义和性质。指出了从空间域和频率域讨论系统的两种重要方法,前者着眼于系统脉响应后者着眼于系统的频率响应即传递函数,后续各章节就是按这两种方法讨论单色光场的传播,成像,相干性的传播和光波的波前记录和再现。 
 几何光学 
 几何光学是以光线为基础,用几何的方法研究光在介质中的传播规律和光学系统的成像特性, 
1.光的直线传播定律:在各向同性介质中光是沿着直线传播的 
2.光的独立传播定律;不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影响,各光束独立传播 
3.折射定律和反射定律 
折射率的定义;光在真空中的速度与光在介质中的速度的比值 
全发射:入射到介质上的光被全部反射会原来的介质中没有折射光的产生。

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