一种数字化光电实验装置及其教学方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种数字化光电实验装置，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。该实验装置有效解决了教学过程中传统实验装置搭建的繁琐、使用局限和元件多的问题，再集成了计算机控制模块可使该实验装置形成一个集成了数字化元件、观察装置和网络装置的独立系统，可以脱离实验室光学平台环境，任意安置在教室或其他场地上。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化光电实验装置及其教学方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述现有技术所存在的问题，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术可以与外界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，即本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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；（B）、针对实验内容，将实验相关的核心光学元件进行数字化处理，即将所需的元件转换为空间光调制模块可以显示的图形数据;（C）、利用计算机控制模块向空间光调制模块输入步骤（B）中的图形数据；（D）、校正辅助光路模组以及观察成像模块，以便获得清晰的实验结果；（E）、实验结果可以显示在观察白板或通过图像采集模块采集到计算机控制模块中，由计算机控制系统将实验结果投影到投影设备；（F）、利用计算机控制模块调取实验内容对应的仿真效果与上述实验结果进行对比，并将对比结果投影到投影设备上；（G）、利用计算机控制模块联入到网络环境中而实现将实验结果数据和仿真结果数据传输到多个的客户端；（H）、完成一个实验后，可以通过改变空间光调制模块和辅助光路模组即可进行新的教学实验，重复以上步骤（B）~（G）。其中，上述步骤（B）中包括有如下步骤：（a）、根据实验内容建立数学模型；（b）、选择相应的可变参数；（c）、分别建立元件函数和仿真函数；（d）、定义操作界面和指令模式；（e）、编写程序实现数字化。本专利技术由于采用空间光调制模块来将核心元件数字化，便于多种规格元件的共享和重复利用，改变了必须通过更换不同元件来实现多个教学实验内容的现状，并最终将各类干涉、衍射、全息等相关实验集成到了一套装置中；采用准直扩束模块和辅助光路模组将多个实验内容所需的装置进行了集成化设计，对实验操作者和管理者而言，都极大地简化了操作步骤，降低了工作量；采用安装平台将所有模块和模组安装于其中而形成便携化的集成结构，可以脱离光学平台，能在任意场地展开教学实验，构成了一套独立的教学实验装置，而非传统教学必须在特定光学平台上才能完成的做法；最后采用计算机控制模块将实验控制过程数字化，实验操作指令和实验结果全部通过计算机进行管理，方便了实验数据的记录、管理、存储和社会化共享，并进一步拓宽了实验结果分析的方法。该实验装置是一个集成了数字化元件、观察装置和网络装置的独立系统，可以脱离实验室光学平台环境，任意安置在教室或其他场地上。本专利技术的教学方法的核心在于利用空光调制器来完成传统教学实验中实体元件的数字化，外延到实验过程元件数字化、控制过程数字化、实验结果数字化以及分析测量过程数字化，进而使原来不可以通过网络控制或共享的内容也可以利用计算机系统联入到网络环境中或显示到其他设备上，从而突破了实验室地域空间的限制，使实验过程变为一个能被广泛观察和存储的教学过程。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是本专利技术的方框结构示意图。图2是本专利技术一种实施方式的方框结构示意图。图3是本专利技术另一种实施方式的方框结构示意图。图4是本专利技术计算机控制模块的简易结构示意图。图5是本专利技术教学方法的流程方框示意图。具体实施方式如图1至图3所示，该实施例所述的一种数字化光电实验装置，其特征在于包括有光源模块，用于给装置提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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（2），用于获得满足实验要求大小的光束；空间光调制模块（3），用于模拟实验所需的各种光学元件；观察成像模块（4），用于观察和采集实验结果；辅助光路模组（7），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（1），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（7）和提供与外界PC机连接的接口；还包括有计算机控制模块（6），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（3）并显示相应的模拟图形，接收并处理来自观察成像模块（4）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。2.根据权利要求1所述的数字化光电实验装置，其特征在于上述准直扩束模块（2）包括用于固定上述光源模块的固定夹具（21）、小孔滤波装置（22）、反射镜（23）、扩束透镜模组（24）和反光镜（25），所述小孔滤波装置（22）、反射镜（23）、扩束透镜模组（24）和反光镜（25）通过带微调装置的基座固定在安装平台（1）上，反射镜（23）与扩束透镜模组（24）的中心距离满足扩束透镜模组（24）焦距的要求。3.根据权利要求1所述的数字化光电实验装置，其特征在于上述空间光调制模块（3）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（31）、透射式空间光调制器（32）、检偏器（33）和可变光阑（34），所述可变光阑（34）为可选组件，用于将通过透射式空间光调制器（32）后的被调制光斑进行选择过滤以获得合适的观察光斑。4.根据权利要求1所述的数字化光电实验装置，其特征在于上述空间光调制模块（3）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（35）、分光棱镜（36）和反射式空间光调制器（37），所述反射镜（35）为可选组件，该反射镜（35）采用活动铰链结构或可旋转结构连接在安装平台（1）的固定轴上。5.根据权利要求1所述的数字化光电实验装置，其特征在于上述观察成像模块（4）包括有共轭成像透镜（41）和图像采集组件（42），所述共轭成像透镜（41）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（42）用于将实验结果实时采集到...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷长志，张翔，
申请(专利权)人：上海瑞立柯信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：