光电信息技术实验一一研究创新实验 目 录 第一篇光学镜头加工制作实验. 实验一光学镜头综合实验 实验二透镜铣磨机使用实验 .21 实验三圆弧球心型小口径镜片研磨机 .28 实验四六轴弧摆抛光机 31 第二篇光通信无源器件制作实验.36 实验五 光纤端面处理耦合及熔接实验 .36 实验六 光纤跳线制作实验 40 实验七 熔融拉锥制作光纤耦合器实验 .69 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 目 录 第一篇 光学镜头加工制作实验 . 1 实验一 光学镜头综合实验. 1 实验二 透镜铣磨机使用实验. 21 实验三 圆弧球心型小口径镜片研磨机. 28 实验四 六轴弧摆抛光机. 31 第二篇 光通信无源器件制作实验 . 36 实验五 光纤端面处理耦合及熔接实验 . 36 实验六 光纤跳线制作实验. 40 实验七 熔融拉锥制作光纤耦合器实验 . 69
光电信息技术实验一一研究创新实验 第一篇光学镜头加工制作实验 实验一光学镜头综合实验 本实验介绍镜片与镜头的设计及制程，藉此可以了解光学组件（透镜）组成光学系 统（镜头）的流程。 1-1光学系统设计 光学设计是光学厂最核心的范围，专业人员需具备光学知识外，最重要的还是经验 的累积，不同种类的镜头有不同的设计，光学特性也各不相同。由于科技的进步，应用 光学软件即可在计算机上作光学设计与仿真，这里并不实际做光学设计，但以扫描仪镜 头、数字像机镜头实例，在设计上的光学特性加以描述。 1-11扫描仪镜头 镜简長度 走 保護玻璃 物距 E.F.L TT 圆2-1掃描器镜頭optics layout 光学相关规范：如图2.1是扫描仪镜头的optics layout,我们以此为例，将实际的 数据带入光学参数： L.使用线性(Linear))CCD,例如像面pixel size规格是5.25u,则其空间频率=1/5.25 u=1/0.0025mm=190.48line/mm=96lp/mmo 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 1 第一篇 光学镜头加工制作实验 实验一 光学镜头综合实验 本实验介绍镜片与镜头的设计及制程，藉此可以了解光学组件（透镜）组成光学系 统（镜头）的流程。 1-1 光学系统设计 光学设计是光学厂最核心的范围，专业人员需具备光学知识外，最重要的还是经验 的累积，不同种类的镜头有不同的设计，光学特性也各不相同。由于科技的进步，应用 光学软件即可在计算机上作光学设计与仿真，这里并不实际做光学设计，但以扫描仪镜 头、数字像机镜头实例，在设计上的光学特性加以描述。 1-1.1 扫描仪镜头 光学相关规范: 如图 2.1 是扫描仪镜头的 optics layout，我们以此为例，将实际的 数据带入光学参数： 1. 使用线性（Linear）CCD，例如像面 pixel size 规格是 5.25μ，则其空间频率＝1/5.25 μ＝1/0.0025mm＝190.48line/mm≒96lp/mm
光电信息技术实验一一研究创新实验 12 ON AX IS 08 -0.FELD T 04 为 ·07 FIELD S -FULL FIELD 0 米FULL FIELD 0 DEA 192384576768 96 2-2MTFV.sFREQUENCY CYCLES/MM) ◆一ONAXIS 12 -0.7F IELD T 08 -0.F IELD S 06 04 FULL FIELD T 02 米 FULL FIELD 0 96 192288 384 48 IDEA 2-3MTFv.s HALF FREQUENCY CYCLES/MM) 而空间频率对MT下之影响可由图2-2看出来，如图横轴是像面空间频率，纵轴是MT下 值，IDEA线是绕射极限，ON AXIS线是中心视场，S&T重合成一条线，0.7 FIELD线是0.7 视场，分为T&S方向，FULL FIELD线是全视场，也有T&S方向的位置，因为外围视场 离光轴较远，通常镜头设计是比较差的点。一般检测解像力是采用半频空间频率，而此镜头 规格必需大于50%，所以如图2-3，在48lp/mm空间频率时每个视场点的MTF值皆>50 e )扫描仪分辨率 :一般分为600dpi、1200dpi、2400dpi等。 3.扫描文件大小：以A4(210x297mm)为例，代表半物宽为210/2=105mm,在设计上，半 物宽为108mm 4.放大率M(Magnification):假设像宽为20.412mm,则像宽/物宽=0.1890，所以M=0.1890。 5.物像距(Total Tracing):物到像的距离，例如250mm、280mm.等，物像距越短，则半视 场角越大，属于广角镜头。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 2 而空间频率对 MTF 之影响可由图 2-2 看出来，如图横轴是像面空间频率，纵轴是 MTF 值，IDEA 线是绕射极限，ON AXIS 线是中心视场，S&T 重合成一条线，0.7FIELD 线是 0.7 视场，分为 T&S 方向，FULL FIELD 线是全视场，也有 T&S 方向的位置，因为外围视场 离光轴较远，通常镜头设计是比较差的点。一般检测解像力是采用半频空间频率，而此镜头 规格必需大于 50﹪，所以如图 2-3，在 48 lp/mm 空间频率时每个视场点的 MTF 值皆＞50 ﹪。 2.扫描仪分辨率：一般分为 600dpi、1200dpi、2400dpi.等。 3.扫描文件大小：以 A4（210×297mm）为例，代表半物宽为 210/2＝105mm，在设计上，半 物宽为 108mm。 4.放大率 M（Magnification）：假设像宽为 20.412mm，则像宽/物宽＝0.1890，所以 M＝0.1890。 5.物像距（Total Tracing）：物到像的距离，例如 250mm、280mm.等，物像距越短，则半视 场角越大，属于广角镜头
光电信息技术实验一一研究创新实验 6.入瞳：一般以半径表示，例如1.850000mm。g.出瞳：也以半径表示，例如1.666779mm。 7.E.E.L:例如24.234288mm。 8.F-number:与镜片大小有关，由于F=EFL入瞳直径， 所以F= 24234288/1850000×2=655. 9.半视场角：与系统的EFL有关，也与镜片数目、形状有关，例如全视场(1.0iel)=一 25880375度. 10.后焦值(B.FL):与E.FL相关，例如23.69mm。 1l.wavelength:与透镜材料有关，一般测试可分为红(R)、绿(G)、蓝(B)以及白(w) 光。例如：546nm450nm620nm 三种波长， 比重(weight) 1 1 测试光源为白光 比重(weight)I 0 0 测试光源为绿光， 比重(weight) 0 1 0 测试光源为蓝光，以及 比重(weight)0 0 测试光源为红光。 12.解像力(resolution):【详见第三章3-6MTF机J。 1-12数码像机镜头 光学相关规范：如图2.4是数字像机镜头的optics layout,我们以此type为例，也将实 际的数据带入光学参数。 1.Senser:面型(Aray)CMOS,例如1/2”、2M(200万像数)，pixel size是4μ.。 2.像宽：跟CM0S大小有关，例如-4.255800。 3.解像力范围：像宽×2×0.7F=5.95812y6.0。 IR速光片 B.F.L(無扇遠，含濾光片) B.F.L(無窮遠，不含濾片) 圆2.4數位像機镜頭optics layout 出瞳半径：3.092418mm。 6.E.FL:7.509829mm。 7.后焦值：7.19mm(不含滤光片)与6.64mm(含滤光片). 8.F-number::7.5098292.349054=3.2. 9.半视场角：例如-29.516760度。 10.Filter:IR cut650nm+10nr l.wavelength:同扫描仪镜头 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 3 6.入瞳：一般以半径表示，例如 1.850000mm。 g.出瞳：也以半径表示，例如 1.666779mm。 7.E.F.L：例如 24.234288mm。 8.F-number ：与镜片大小有关，由于 F/n ＝ E.F.L/ 入瞳直径， 所 以 F/n ＝ 24.234288/1.850000×2≒6.55。 9.半视场角：与系统的 E.F.L 有关，也与镜片数目、形状有关，例如全视场（1.0field）＝－ 25.880375 度。 10.后焦值(B.F.L)：与 E.F.L 相关，例如 23.69mm。 11.wavelength：与透镜材料有关，一般测试可分为红（R）、绿（G）、蓝（B）以及白（W） 光。 例如： 546nm 450nm 620nm 三种波长 ， 比重（weight） 1 1 1 测试光源为白光， 比重（weight） 1 0 0 测试光源为绿光， 比重（weight） 0 1 0 测试光源为蓝光，以及 比重（weight） 0 0 1 测试光源为红光。 12.解像力（resolution）：『详见第三章 3-6MTF 机』。 1-1.2 数码像机镜头 光学相关规范: 如图 2.4 是数字像机镜头的 optics layout，我们以此 type 为例，也将实 际的数据带入光学参数。 1. Senser：面型（Array）CMOS，例如 1/2〞、2M（200 万像数），pixel size 是 4μ。 2. 像宽：跟 CMOS 大小有关，例如－4.255800。 3. 解像力范围：像宽×2×0.7F＝5.95812≒ψ6.0。 4 . 入瞳半径：1.174527mm。 5. 出瞳半径：3.092418mm。 6 . E.F.L：7.509829mm。 7. 后焦值：7.19mm（不含滤光片）与 6.64mm（含滤光片）。 8. F-number：7.509829/2.349054＝3.2。 9. 半视场角：例如－29.516760 度。 10. Filter：IR cut 650nm±10nm 11.wavelength：同扫描仪镜头
光电信息技术实验一一研究创新实验 12.resolution:详见T第三章3-5投影解像力仪。 12机构设计 尚需要转换成镜片图面，以及镜头的机构设 量产，才是好的设计。 R&D人员设计出光学镜片后，为了便利加工制造，就要选用合适的粗胚，粗胚就是 加工制造前的成型光学玻璃，应考虑厚度之切削量、外径、倒角以及材质等。无论是外径、 厚度及曲率半径等外型规格，与完成品规格愈靠近，及其耗用之加工制造成本将愈能减轻 1-2.1光学组件图面与规格 光学组件图面表示法，如图2-5。 a材质：粗胚材质应明确表示不得有错，若稍有差错，即对光学质量影响甚巨，以TAF1 (496-773)为例，Nd=1.7725±0.005，Vd=49.6.0.8%。b.曲率半径：第一面、第二面各 为凹成马成平(R值)，球面成非球面。 外型尺寸及形状，中心厚度(CT)、深度、内外 径、有效径(CA)、倒角（修边量）等等。 1.面精度：研磨面之精密度、光圈与不规则度 3(1)。c.偏心：OA、边缘厚度(ETD)、 光轴1分内。公差：中心厚度0.0 nmm、深 度±0.01mm、外径-0.005~-0.015mm。g,镀膜条件：镀膜规格40nm~600nm,反射率MAX <1.0%,AVG<0.5%(建议单层膜)。外观质量：伤痕亮点80-50。 lC0.3 AI R1=7.0 2 R2=10.5 深度0.4500 -中厚度2.50g 求格 表面1表面2 80-50 80-50 -3D -3D 075 15 40-600r -1a n13 6.4 授TAF10773-496) w*1725t005V+96tn8% 圖2-5光學元件透镜(Lens)圆面 1-2.2镜片粗胚 州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验家
光电信息技术实验――研究创新实验 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 4 12. resolution：详见『第三章 3-5 投影解像力仪』。 1-2 机构设计 利用光学设计软件设计出来的光学 data，尚需要转换成镜片图面，以及镜头的机构设 计，才能完成整个光学系统，跟光学设计一样，机构设计也要配合客户的需求，以及适合 量产，才是好的设计。 R&D 人员设计出光学镜片后，为了便利加工制造，就要选用合适的粗胚，粗胚就是 加工制造前的成型光学玻璃，应考虑厚度之切削量、外径、倒角以及材质等。无论是外径、 厚度及曲率半径等外型规格，与完成品规格愈靠近，及其耗用之加工制造成本将愈能减轻。 1-2.1 光学组件图面与规格 光学组件图面表示法，如图 2-5。 a.材质：粗胚材质应明确表示不得有错，若稍有差错，即对光学质量影响甚巨，以 TAF1 （496-773）为例，Nd＝1.7725±0.005，Vd＝49.6±0.8﹪。b.曲率半径：第一面、第二面各 为凹或凸或平（R 值），球面或非球面。c.外型尺寸及形状，中心厚度（CT）、深度、内外 径、有效径（CA）、倒角（修边量）等等。d.面精度：研磨面之精密度、光圈与不规则度 －3（1）。e.偏心：OA、边缘厚度（ETD）、光轴 1 分内。f.公差：中心厚度±0.03mm、深 度±0.01mm、外径-0.005~-0.015mm。g.镀膜条件：镀膜规格 40nm~600nm，反射率 MAX ＜1.0﹪，AVG＜0.5﹪（建议单层膜）。.外观质量：伤痕亮点 80-50。 1-2.2 镜片粗胚 光学系统中的每一片透镜需选用适当的粗胚，作为透镜的原料，其中需选择符合设计 的材质，这当中包括折射率、色散数，还有相近的曲率半径、厚度、外径，才能符合镜片