光電專業開展“光學元件組裝實訓”的必要性

毋玉芬

摘要：光學元件是所有光電儀器的基礎，針對光學元件開展的系列檢測會綜合應用到工程光學、物理光學、信息光學等基本原理與知識。通過開展光學元件組裝實訓，可以訓練學生綜合應用基礎知識的能力，并提高學生實際動手裝配能力。本文闡述了在光電信息科學與工程專業開設“光學元件組裝實訓”課程的意義，并詳細介紹了開設的各實訓項目。

關鍵詞：光電專業；光學元件組裝；實訓

1 引言

為適應時代及社會發展的需求，提升自己的競爭實力，對于光電相關專業的學生來說，不僅要具備較扎實的理論基礎，而且要具備相應的專業技能和素養，如掌握光電子器件和光電子信息系統開發所必需的基本技能和專業技能。光學元件是所有光電儀器的基礎[1-2]，針對光學元件開展的系列檢測會綜合應用到工程光學、物理光學、信息光學等基本原理與知識[3-4]。通過開展光學元件組裝實訓，可以訓練學生綜合應用基礎知識、綜合應用光學實驗儀器的能力，并提高學生光學元件裝配動手能力。為此在光電信息科學與工程開設“光學元件組裝實訓”課程具有重要意義[5]。

2 具體實訓項目

結合光電信息專業的學科特點，具體開展了以下幾項實訓內容。

1）光學元件清潔包裝與光潔度檢測

在日常使用中，光學元件會接觸灰塵，水和皮膚油脂等污染物。這些污染物增加了光學表面的散射和對入射光的吸收，這會在光學表面形成熱點和腐蝕點，造成永久性的損傷。由于光學元件的材料，尺寸，精度等因素不同，使用正確的處理和清潔方法非常重要。

本實習工位內容涵蓋了光學元件的拿取、清潔、包裝、光潔度檢驗。實訓中，學生學習光學元件的拿取、清潔、包裝方法及注意事項，并進行操作實習；在自己動手對待測光學元件進行清潔后，用三目顯微鏡對光學元件的光潔度進行檢測，對光學窗口、透鏡、棱鏡、反射鏡、濾光片、分劃板的光潔度進行檢測與分級，并對給定的光學元件進行崩邊檢查。

2）光學元件外形與面型檢測

該實訓工位要求學生了解、學習光學元件外形尺寸檢測的注意事項，學習光學元件圖紙標注外形尺寸的檢測方法，并進行光學元件檢測操作實習。實訓時采用數顯游標卡尺，千分尺，高度儀，對光學透鏡、光學棱鏡以及光學窗口的的外形尺寸和面型進行檢測。充分鍛煉學生的識圖和動手測試能力。

3）光學元件拋光面形位公差檢測

自準直儀是一種光學測角儀器它是利用光學自準直原理來觀測目標位置的變化，廣泛應用于直線度和平面度的測量。它和多面棱鏡、標準量塊等配合可以檢測分度機構的分度誤差，此外還可以測量零部件的垂直度、平行度等。

“光學元件拋光面形位公差檢測”實訓工位要求學生學會光學自準直儀的使用方法，用自準直儀檢測平面光學窗口的平行度誤差，對分光棱鏡的分光角度、直角棱鏡90°角、直角光學元件塔差進行誤差測量。通過該工位的實訓練習，使學生對前期所學光學光路知識得到鞏固，讓學生在掌握光學原理的基礎上，鍛煉學生動手調試儀器、認真觀察讀數、并對實驗數據進行分析處理的能力。

4）分光、偏振、衍射光學元件檢測

光在傳播過程中有不同的振動方向，即光在振動方向上具有偏向性，亦被后來稱為“偏振光”。光在傳播過程中的不同振動方向增加了一個可被控制的自由度，我們可以通過適當的光路安排或者特殊材料、鍍膜等光學元件進一步將偏振狀態的改變按一定的規律轉換成傳播方向、位相、頻率以及光強的改變，進而分析一些光參量；反之我們通過光強變化和光參量來測量一些特殊光學元件的分光比和消光比。

本實訓工位旨在讓學生認知常用的光學分光、偏振光學元件；學習分光元件的分光比檢測，并進行操作實習；學習偏振元件的消光比檢測，并進行操作實習；以及學習光學元件的衍射現象及衍射效率測試。相關實驗通過激光器配合激光功率計進行結果測量。該工位對光電專業的學生來講，是對其專業知識的進一步形象化普及和鞏固，將平時學生在課堂上和書本上學到的光學元件和光學原理實際展現在眼前手邊，通過觀察和自己動手操作，對這些知識進一步理解。

5）光學鏡頭組裝

光學鏡頭是機器視覺系統中必不可少的部件，直接影響成像質量的優劣，影響算法的實現和效果。光學鏡頭組裝工位主要鍛煉學生的動手操作和調節能力，使學生在理解光學鏡頭種類和基本光路原理的前提下，對準直鏡、遠心成像鏡頭以及變倍鏡頭等幾組光學鏡頭進行動手拆裝，并配合激光器對組裝后的光學鏡頭進行相應的檢測校準及參數測量。

6）鏡片鍍膜檢測

使用光學方法測量薄膜厚度有多種方式，例如：棱鏡耦合法、光譜法和橢偏法。本實驗所使用的是光譜法，利用白光干涉的原理測量薄膜厚度，具有設備成本低，易于搭建光路的優點，是目前在線測量薄膜厚度的主流光學方法之一。

本實訓工位要求學生學習和掌握白光干涉測定薄膜厚度的基本原理，通過使用擬合算法和快速傅立葉變換算法來測量薄膜厚度，測量多種類型濾光片的透射光譜并對其參數進行計算。

7）原子發射光譜測量

原子發射光譜法，是依據各種元素的原子或離子在熱激發或電激發下，發射特征的電磁輻射，而進行元素的定性與定量分析的方法，是光譜學各個分支中最為古老的一種，在發現新元素和推進原子結構理論方面作出過重要貢獻。

本實驗使用光譜管組來觀測多種氣體的原子發射光譜。光譜管組是一種低氣壓放電管，共包括五支直形光譜管，每支光譜管兩端均裝有電極。實驗時，通過在光譜管的兩端加以高壓，使管內的氣體產生輝光放電，發出一定顏色的光。原子不同，發射的明線光譜也不同，每種元素的原子都有一定的明線光譜。每種原子只能發出具有本身特征的某些波長的光，因此，明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線，據此可對元素進行定性分析。實訓時，學生使用光譜儀對發射光譜進行采集，通過譜線的條數、位置、顏色來識別出它是由哪種元素發出的，并對相應光管進行標定。

3總結

《光學元件組裝實訓》是光電信息科學與工程專業重要獨立實踐課程之一，是一門綜合性的實驗選修課程。教學目的在于通過課程學習及實際動手操作，使學生能夠識別光學元件、知道其光學作用、掌握光學元件的組裝和調試等技能，提高學生的綜合素質。

課程涉及的學習內容需要學生將所學的理論知識綜合應用到實踐操作中，注重理論與實踐相結合，對學生的動手操作能力及綜合素質將有很大的提升。

參考文獻：

[1]郁道銀，談恒英. 工程光學[M]. 北京： 機械工業出版社，2006.

[2]梁銓廷，劉翠紅. 物理光學簡明教程[M]. 北京：電子工業出版社，2010.

[3]鄭國經. 原子發射光譜分析技術及應用[M]. 北京：化學工業出版社，2009.

[4]劉崇華. 光譜分析儀器使用與維護[M]. 北京：化學工業出版社，2010.

[5]陳麗佳. “半導體物理學”課程教學中的幾點建議[J]. 河北： 教育教學論壇，2016，5： 82-83.