田一鳴　李開放

摘要：為了更好的演示三原色光合成得到白光，筆者設(shè)計(jì)并制作了一種光混合裝置。該裝置以激光二極管作為光源，通過單片機(jī)產(chǎn)生的PMW信號(hào)控制光源的功率，光源通過三色分光鏡后疊加在一起，從而混合得到白光。

關(guān)鍵詞：三原色;PMW信號(hào);光的合成

Manufacturing of a light mixing device

Yiming Tian， Kaifang Li

Hefei University Advanced Manufacturing Engineering college， Anhui Hefei 230601

Abstract? In order to better demonstrate the synthesis of three primary colors to obtain white light， the author designed and made a light mixing device. The device uses a laser diode as a light source， and the power of the light source is controlled by a PMW signal generated by a single-chip microcomputer. The light source is superimposed on a three-color beam splitter to obtain white light by mixing.

Keywords Three primary colors; PMW signal; Light synthesis

為了演示色光的多種混合規(guī)律，達(dá)到較好的演示效果，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比效果更加明顯，儀器結(jié)構(gòu)更加合理，筆者制作了光混合裝置。激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此選用激光二極管作為光混合裝置的光源。為了將藍(lán)色、紅色、綠色光源有效的疊加在一起，因此選用了三色分光鏡。

分光鏡主要用于將入射光束分成具有一定光強(qiáng)比的透射與反射兩束光。通過三色分光鏡可以將從三個(gè)不同方向照射的藍(lán)、紅、綠光匯聚在一個(gè)方向，從而混合得到白光。

1 制作控制模塊

在開始制作光混合裝置之前，首先需要一個(gè)控制器來調(diào)節(jié)光源的功率，才能得到所需要的白光。

通過單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)用來控制激光二極管的功率。PMW信號(hào)的頻率是450Hz，一個(gè)周期是2.2ms。在一個(gè)周期內(nèi)，把時(shí)間平均分為250份，這樣就得到了250個(gè)工作點(diǎn)。工作點(diǎn)越大，代表著高電平的實(shí)踐越長(zhǎng)，工作點(diǎn)250代表著一直供電，工作點(diǎn)0代表一直斷電。單片機(jī)有三個(gè)輸出端口，分別對(duì)應(yīng)三色光，同時(shí)還有一個(gè)屏幕顯示工作點(diǎn)。（如圖1所示）

在控制模塊中，筆者設(shè)計(jì)了3個(gè)按鍵。通過按鍵“up”可以增大輸出端的功率，通過按鍵“down”可以減小輸出端的功率，通過按鍵“select”可以切換選擇的輸出端口。

2 制作工作臺(tái)

該裝置需要一個(gè)工作臺(tái)來固定光源及三色分光鏡，因此筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)工作臺(tái)，如圖2所示。裝配時(shí)，首先將三色分光鏡5通過支撐塊6安裝在地板1的中間位置，在三色分光鏡的三側(cè)安裝支撐架8， 之后將藍(lán)色4、紅色7、綠色激光二極管2如圖4進(jìn)行安裝，然后在支撐架8上安裝聚光鏡3。最后，將光導(dǎo)纖維9和聚光鏡3裝在三色分光鏡的后方的支撐架上。

6-支撐塊 7-紅色激光二極管 8-支撐架 9-光導(dǎo)纖維

工作臺(tái)安裝好之后，還需要對(duì)光源及聚光鏡的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)激光二極管的高度，使得入神光線盡可能從三色分光鏡的中間位置通過。在支撐架上來回調(diào)整聚光鏡的位置，使得通過三色分光鏡的三個(gè)光源匯聚，并且光斑盡可能的重合，如圖3所示。

工作臺(tái)調(diào)整好后，就可以對(duì)混合光源進(jìn)行測(cè)定，來確定產(chǎn)生白光時(shí)控制器的工作點(diǎn)。對(duì)混合光的測(cè)定需要用光譜儀來進(jìn)行，通過控制器調(diào)節(jié)三色光的功率，使混合光盡可能的靠近理論白光的值。

3 結(jié)束語

本文介紹的光混合裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用操作方便，用來輔助光的合成教學(xué)，非常實(shí)用。通過調(diào)節(jié)控制器，可以混合出不同顏色的光，使學(xué)生對(duì)光的合成認(rèn)識(shí)更形象、直觀。

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作者簡(jiǎn)介：田一鳴（1990年10月23日），性別：男，民族：漢， 籍貫：安徽合肥 ，學(xué)歷：碩士研究生，職稱：助理實(shí)驗(yàn)師，畢業(yè)院校：德國(guó)雅德大學(xué)，畢業(yè)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化，研究方向：超精密加工技術(shù).