光學(xué)基本實驗

光學(xué)準(zhǔn)直

高度調(diào)節(jié)

（1）將光闌盡量靠近，此時光闌的孔的高度認(rèn)為是光源的高度。
（2）然后將光闌拉遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)光源高度與光闌孔同高。
（3）反復(fù)調(diào)節(jié)幾次，光源調(diào)節(jié)高度可以認(rèn)為遠(yuǎn)近一致相同。

水平調(diào)節(jié)

在靠近激光光源處，讓光通過光闌，確定好初始點，從此初始點沿著和光學(xué)平臺邊平行的直線移動，移動到遠(yuǎn)處，調(diào)節(jié)水平旋鈕，讓光能夠通過光闌孔，就可以確定水平的偏移。

空間光濾波器

空間光濾波器作用

第一部分是縮束，即利用透鏡組合改變光束大小。
第二部分是濾波，即利用小孔濾掉高頻成分，保持光斑質(zhì)量。

原理

激光可以會聚成非常小的一點，所以可作為一個接近于理想的點光源來產(chǎn)生球面波，這對于光學(xué)系統(tǒng)是非常有用的。但是激光又具有高度的相干性，空中的灰塵，光學(xué)元件或激光本身往往有一些散射光會形成干擾，因此要在會聚的點上放一小孔，使雜散光不能通過（如用10倍的顯微鏡物鏡聚焦，則針孔直徑約25μm）該針孔所起的作用就好像無線電中的濾波器一樣，不允許其他空間頻率的光通過，所以稱針孔濾波器。
輸入的高斯光束有空間變化的強度噪聲。當(dāng)通過非球面透鏡聚焦光束時，入射光束轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中心高斯光斑（在光軸方向上）和邊緣條紋結(jié)構(gòu)，這說明有我們不希望看到的噪聲存在。條紋的徑向位置和噪聲的空間頻率成比例。通過在高斯光斑中心加一個針孔，邊緣條紋就會被擋掉而只有中心干凈的部分透過 。

99%的輪廓處的衍射極限光斑尺寸由下式給出：D=λ f / r
λ 表示波長，f表示焦距，r表示入射光束1/e2 處的半徑。比衍射極限光斑尺寸大30%的針孔允許聚焦高斯光斑透過，同時阻擋了偏離軸心的噪聲條紋。

應(yīng)用舉例：

例如，假設(shè)您使用一個650納米的二極管激光器光源，其直徑為1.2毫米（1/e2），通過空間濾波系統(tǒng)以后，您希望得到直徑約為4.4毫米的光斑。基于這些參數(shù)，C560TME-B安裝好的非球面透鏡是空間濾波系統(tǒng)入射部分的合適選擇，因為它專為650納米波長設(shè)計，通光孔徑為5.1毫米，足夠容納該激光光源的整個直徑范圍。 99%的輪廓處的衍射極限光斑尺寸計算公式已經(jīng)在上面給出，針對這個例子，對于C560TM-B， λ = (650 x 10-9 米)，f = 13.86毫米，r = 0.6毫米，代入上式，我們得到
D= 15um
衍射極限光斑尺寸（650納米光源, ?1.2毫米光束） 應(yīng)該選擇比D約大30%的針孔。如果針孔太小，光束就會被擋掉一部分；如果針孔太大，除了TEM00 模以外的其他部分就會透過針孔。因此，對于這種情況，針孔的尺寸最理想的是19.5微米。因此，我們推薦使用安裝好的針孔P20S，它的針孔尺寸為20微米。 改變參數(shù)，如輸入光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距，可以改變光束束腰直徑，從而改變需要的針孔尺寸。減小入射光束直徑會增加束腰直徑。使用更長焦距的聚焦透鏡也會增加光束束腰直徑。最后，我們需要選擇空間濾波器輸出端的光學(xué)元件，以確保輸出光束的直徑是我們希望得到的4.4毫米。為了確定合適的透鏡焦距，考慮到下面的圖表，沒有按照比例繪制。從左邊的三角形我們可以推斷出，角度大約為2.48o。在右邊的三角形中使用該角度，可以計算出平凸透鏡的焦距，大約為50毫米。對于這個焦距，我們推薦LA1131-B平凸透鏡[其設(shè)計波長（λ＝633納米）處的焦距f=50毫米）該產(chǎn)品適用于650納米的光源）]。

調(diào)節(jié)方法

（1）安裝好空間濾波器的物鏡和下面的高度臺，水平位移臺，調(diào)節(jié)高度和水平位置使光束能夠通過物鏡。
（2）首先確保物鏡到小孔的距離遠(yuǎn)大于物鏡焦距，安裝上針孔，調(diào)節(jié)小孔水平位置和垂直位置，讓光能夠穿過小孔出現(xiàn)下圖所示的光斑和周圍的衍射光圈。

（3）如果光圈的形狀不是特別圓，有可能是小孔的位置沒有對準(zhǔn)，當(dāng)調(diào)節(jié)到光斑最亮最圓時，繼續(xù)調(diào)近物鏡，此時可能物鏡和小孔的對準(zhǔn)效果又發(fā)生了改變，繼續(xù)調(diào)節(jié)小孔的高度和水平位置，出現(xiàn)理想的光斑。
（4）反復(fù)進行第三步，當(dāng)物鏡到小孔的距離接近焦距時，就會出現(xiàn)下圖所示最亮的園。如果繼續(xù)往前移動物鏡或往后移動物鏡，又會出現(xiàn)衍射光圈。此時認(rèn)為空間濾波器調(diào)節(jié)完成。

分析：出來的光斑上也會有一些灰色的區(qū)域。原因可能是小孔的形狀不是完全的圓形，還有可能是激光光源的質(zhì)量，另外物鏡的鏡上的污染物和缺陷也會引入雜散光。

使用凸透鏡使光平行

在經(jīng)過空間光濾波器后的光是發(fā)散出射的，為了后續(xù)的光路直線出射，需要讓光線經(jīng)過凸透鏡使光線平行出射。我們分別使用了1000mm和400mm的凸透鏡進行試驗，空間光濾波器的出射光可以視為點光源，當(dāng)點光源位于凸透鏡的焦點位置時，出來的光是平行光。通過對比發(fā)現(xiàn)1000mm焦距的透鏡由于光程太遠(yuǎn)，所以出射后的平行光的能量只有50uW。400mm的凸透鏡出射的平行光有300uW,所有我們最后選用能量更大的關(guān)來進行曝光，進行光柵的加工。
平行光的調(diào)節(jié)主要通過觀察進出和無窮遠(yuǎn)處的光斑大小是否相等來判斷是否為平行光，或者加一個反射鏡，通過觀察透明卡片上面的兩個光斑完全重合來確定光線是否平型。

總結(jié)

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