潘宝珠　李博文　蓝新惠　陈天昊　汤靖

【摘 要】激光器发出的光经过小孔缩束以后可以看做光线。确定光轴的方法为：首先调节2个小孔同轴等高，其次调节激光器使激光光线穿过间隔一定距离同轴等高的两个小孔，当透射光线穿过小孔，反射光线返回到另一小孔时，这样就确定了光轴，且实现了光轴的可视化。对于透镜，透射光线沿着光轴传播时，不改变光的传播方向，反射光线沿原路返回。基于此可以对光学系统中凸透镜、凹透镜等光学元件独立地进行同轴等高调节。该方法大大降低了光学元件同轴等高调节和判断的难度，可显著地提高工作效率。

【关键词】光学;实验;同轴等高调节;激光器

中图分类号： O4-34 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）10-0097-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.040

Adjustment and Determination Method of Coaxial and Equal Altitude of Optics Elements

PAN Bao-zhu LI Bo-wen LAN Xin-hui CHEN Tian-hao TANG Jing*

（Nantong University，Nantong Jiangsu 226007，China）

【Abstract】The small size beam from a laser which passes through a hole can be seen as light ray.The method to determine the optical axis is that adjusting two holes coaxial and equal altitude firstly.The secondly，the laser is adjusted to make the laser ray pass through two holes，which has some distance apart.When the transmitted ray passes through the hole and the reflected ray returns to the other hole，the optical axis is determined;and visualization of the optical axis is realized.For a lens，when transmitted ray travels along the optical axis，it does not alter the direction;and the reflected ray returns along the original path.Based on this，optical elements such as a convex lens and a concave lens in the optical system can be independently adjusted to coaxial and equal altitude.This method reduces the difficulty of coaxial adjustment and judgment of optical elements greatly，and can significantly improve the work efficiency significantly.

【Key words】Optics;Experiment;Coaxial and equal altitude adjustment;Laser

1 原理

激光器是人类20世纪最伟大的发明之一，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光器发射的激光是朝一个方向射出的，光束的发散角极小，大约只有0.001弧度。一般光学实验中光路并不是很长（一般小于5米）或很短（大于0.1米），透镜的口径一般大于20毫米，利用小孔进一步缩小激光束直径后（小孔直径一般1毫米左右为宜），出射光束完全可以看做是一条光线。当光线在空气以及透镜等光学元件中传播时，满足直线传播定律、折射定律和反射定律等。对于透镜，光线沿着光轴传播时，不改变光的传播方向，反射光线沿原路返回。

2 调节过程

通常光学实验的光学系统搭建在导轨上，光学元件通过光学调整架与滑块相连，滑块可在导轨上固定或移动，也可从导轨上拿开。光学调整架指的是各种杆架、支撑杆、镜架、平移台以及夹持器等，主要用于解决光学元件的夹持和调整。具体调节过程和判断方法如下：

（1）調节2个小孔同轴等高

将支撑激光器1与小孔1的滑块6靠近并紧固在导轨6上，如图1所示。粗调小孔1或激光器的支撑杆3到适当的高度，让激光束中心穿过小孔1;将调整好的小孔1连同滑块一起从导轨上拿掉，轻轻放到一旁待用;将小孔2连同滑块一起放置到小孔1滑块相同的位置并紧固，调整小孔2使激光束中心穿过小孔，将调整好的小孔2连同滑块一起从导轨上拿掉，轻轻放到一旁待用。

（2）调节激光器使激光束水平

将调整好的小孔1和小孔2连带滑块一起轻轻放到导轨上，使两小孔之间间隔适当距离，一般达到导轨长度的80%左右，固定紧支撑小孔的滑块，如图1所示。观察激光束是否过两小孔，如果不穿过，则通过调节激光器的三点夹持镜架2上的两个2个螺丝（实现激光束倾斜和俯仰调节）、精密调节杆架4（实现激光束竖直方向的平移）以及平移台5（实现激光束水平方向的平移），直到激光束中心均穿过两小孔为止。激光束水平调整完成以后，激光器不能再调节。

（3）调节透镜与激光束同轴等高

將透镜8安装在调整架上连同滑块一起放在已调整好的两小孔中间并紧固在导轨上，如图2所示。通过调节支撑透镜精密调节杆架10（实现透镜竖直方向的平移）以及平移台11（实现透镜水平方向的平移），使激光束透射光斑穿过小孔2;观察激光束经过透镜表面后的反射光斑的中心，如果不能返回到小孔1，需要继续调节透镜的三点夹持镜架9上的两个2个螺丝（实现透镜倾斜和俯仰调节）、精密调节杆架（实现透镜束垂直方向的平移）以及平移台（实现透镜束水平方向的平移），直到激光束经过透镜的透射光斑中心穿过小孔2以及反射光斑中心落在小孔1上为止。将调整好的透镜连带滑块一起从导轨上拿掉，轻轻放到一旁待用。凹透镜和凸透镜调节方法相同。

（4）调节物屏和光屏与激光束同轴等高

调节物屏和光屏与激光束同轴等高指的是将物屏12（成像的目标物）或光屏连同滑块一起放在两小孔中间并紧固在导轨上，调节物屏或光屏的高度让激光束光斑落到物屏或光屏的中间，如图3所示。用一反射镜13轻贴到物屏或光屏上，旋转物屏使激光束光斑经反射镜返回并穿过小孔，拿掉反射镜激光束光斑仍在物屏或光屏中间，则完成物屏或光屏的调节，将物屏或光屏连同滑块一起拿起轻轻放到一旁待用。

棱镜、反射镜以及其它的平面类光学元件的同轴等高可参照物屏和光屏的调节和判断方法;由于棱镜和反射镜表面可以直接反光，因此在调节时无需再另加反射镜。

3 结论

这种基于导轨、滑块的光学元件同轴等高的调节和判断方法主要包括（1）调节2个小孔同轴等高，（2）调节激光器使激光束水平，（3）调节透镜与激光束同轴等高，（4）调节物屏和光屏与激光束同轴等高。该方法成本低、精度高、便于实现，能同时满足凸透镜、凹透镜以及胶合镜等光学元件独立调节同轴等高的需求，还可以实现物屏、像屏等其它平面类光学元件同轴等高的调节和判断，非常适合一般光学实验和工程技术时采用。

【参考文献】

[1]李莉，李刚，徐春梅，沈洪斌，王元铂，殷建玲.基于像差校正的望远系统装调方法研究[J].应用光学，2014，35（5）：841-847.

[2]云创，刘俊杰，李光仲等.透镜倾斜对焦距测量误差的影响[J].物理与工程，2016，26（3）：46-48.