[发明专利]一种数字化光电实验装置及其教学方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电实验装置，具体是一种数字化光电实验装置及其教学方法。

背景技术

在传统的物理、光学工程与信息光学等专业的教学过程中,光学教学内容中几何光学、干涉、衍射、全息等知识领域的教学实验内容采用包括各种透镜、狭缝、光阑、白板等光学元件来完成，需要在专门的光学平台上搭建组合各种元件，参数调整和更换相对繁琐，且成本较高。同时，普通的光学实验结果无法实时地通过网络将光学实验结果图像共享到远端，实验过程和实验结果从空间上无法超越实验场地的范围,也不利于实验结果的快速分享和分析。而且，大量实体光学元件需要在实验过程中被搭建在光学平台上，不同实验内容需要更换元器件、重新调节光路，这对工作人员的管理、维护工作带来极大的不便和工作量。

关于液晶空间光调制器用于光学实验的论文和技术虽然早有传播，但没有统一的具体实现集成装置，而是临时地将各个构成部件搭建在光学平台上固定起来，无法脱离实验室环境做到便携化、集成化。通常这种做法是利用光具固定座、光学支架等机械装置将包括液晶空间光调制器、透镜、棱镜等在内的光学元件按照光路需要依次排列搭建成实验光路，无法整体移动和复制，也未能充分计算机网络技术，存在一定局限性。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种集成了数字化元件、观察装置和网络装置的可脱离实验室光学平台环境的数字化光电实验装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种数字化光电实验装置，其特征在于包括有：

光源模块，用于给装置提供光源；

准直扩束模块，用于获得满足实验要求大小的光束；

空间光调制模块，用于模拟实验所需的各种光学元件；

观察成像模块，用于观察和采集实验结果；

辅助光路模组，安装于上述各模块之间用于改变主光路上的光束；

以及安装平台，用于安装上述各模块，提供安装接口便于接驳辅助光路模组和提供与外界PC机连接的接口。

其中，本发明可以与外界PC机连接，通过在外界PC机上安装相应的软件即可实现生成控制指令和接收并处理实验结果。当然也可以将该功能集成化，即本发明还包括有计算机控制模块，利用计算机系统实行光学元件数字化、生成控制指令输出到空间光调制模块并显示相应的模拟图形，接收并处理来自观察成像模块中采集到的实验结果，并提供数据交换接口连接外部共享设备。

上述准直扩束模块包括用于固定上述光源模块的固定夹具、小孔滤波装置、反射镜、扩束透镜模组和反射镜，所述小孔滤波装置、反射镜、扩束透镜模组和反射镜通过带微调装置的基座固定在安装平台上，反射镜与扩束透镜模组的中心距离满足扩束透镜模组焦距的要求。

为了使该实验装置适合不同的实验，甚至用于科研目的而非简单的教学目的，上述空间光调制模块可以为透射式空间光调制器模组，所述透射式空间光调制器模组依次包括有起偏器、透射式空间光调制器、检偏器和可变光阑，所述可变光阑为可选组件，用于将通过透射式空间光调制器后的被调制光斑进行选择过滤以获得合适的观察光斑；上述空间光调制模块可以为反射式空间光调制器模组，所述反射式空间光调制器模组依次包括有反射镜、分光棱镜和反射式空间光调制器，所述反射镜为可选组件，该反射镜采用活动铰链结构或可旋转结构连接在安装平台的固定轴上。

本发明的观察成像模块包括有共轭成像透镜和图像采集组件，所述共轭成像透镜用于将调制结果进行成像以获得清晰的实验结果，所述图像采集组件用于将实验结果实时采集到上述计算机控制模块上。

为了能实现干涉、衍射、全息等众多实验内容，上述辅助光路模组包括有分光棱镜、反射镜和合光棱镜，根据需要选择其中的一种或者两种以上的结合，所述辅助光路模组采用活动铰链结构或可旋转结构连接在安装平台的固定轴上。故不用时旋转一个角度即可其从主光路中移开。

本发明的计算机控制模块可以外接，也可以集成，集成的计算机控制模块包括有系统主板、设置在系统主板上的连接空间光调制模块的接口、连接网络模块的接口、连接外部显示设备的接口和图像采集控制板卡接口、以及操作控制处理电路板和控制面板，所述控制面板上设有用于选择实验内容的旋转按钮、调整参数用的滑块组件和用于显示实验名称和参数内容及相应值的显示屏。

一种数字化光电实验装置的教学方法，其特征在于包括以下步骤：

（A）、根据实验内容，选择相应的模块进行组装，包括上述的光源模块、准直扩束模块、空间光调制模块、观察成像模块、辅助光路模组和计算机控制模块；