一种光混合装置的制作

田一鸣　李开放

摘要：为了更好的演示三原色光合成得到白光，笔者设计并制作了一种光混合装置。该装置以激光二极管作为光源，通过单片机产生的PMW信号控制光源的功率，光源通过三色分光镜后叠加在一起，从而混合得到白光。

关键词：三原色;PMW信号;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

为了演示色光的多种混合规律，达到较好的演示效果，使得实验现象的对比效果更加明显，仪器结构更加合理，笔者制作了光混合装置。激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，因此选用激光二极管作为光混合装置的光源。为了将蓝色、红色、绿色光源有效的叠加在一起，因此选用了三色分光镜。

分光镜主要用于将入射光束分成具有一定光强比的透射与反射两束光。通过三色分光镜可以将从三个不同方向照射的蓝、红、绿光汇聚在一个方向，从而混合得到白光。

1 制作控制模块

在开始制作光混合装置之前，首先需要一个控制器来调节光源的功率，才能得到所需要的白光。

通过单片机产生PWM信号用来控制激光二极管的功率。PMW信号的频率是450Hz，一个周期是2.2ms。在一个周期内，把时间平均分为250份，这样就得到了250个工作点。工作点越大，代表着高电平的实践越长，工作点250代表着一直供电，工作點0代表一直断电。单片机有三个输出端口，分别对应三色光，同时还有一个屏幕显示工作点。（如图1所示）

在控制模块中，笔者设计了3个按键。通过按键“up”可以增大输出端的功率，通过按键“down”可以减小输出端的功率，通过按键“select”可以切换选择的输出端口。

2 制作工作台

该装置需要一个工作台来固定光源及三色分光镜，因此笔者设计了一个工作台，如图2所示。装配时，首先将三色分光镜5通过支撑块6安装在地板1的中间位置，在三色分光镜的三侧安装支撑架8， 之后将蓝色4、红色7、绿色激光二极管2如图4进行安装，然后在支撑架8上安装聚光镜3。最后，将光导纤维9和聚光镜3装在三色分光镜的后方的支撑架上。

6-支撑块 7-红色激光二极管 8-支撑架 9-光导纤维

工作台安装好之后，还需要对光源及聚光镜的位置进行调节。调节激光二极管的高度，使得入神光线尽可能从三色分光镜的中间位置通过。在支撑架上来回调整聚光镜的位置，使得通过三色分光镜的三个光源汇聚，并且光斑尽可能的重合，如图3所示。

工作台调整好后，就可以对混合光源进行测定，来确定产生白光时控制器的工作点。对混合光的测定需要用光谱仪来进行，通过控制器调节三色光的功率，使混合光尽可能的靠近理论白光的值。

3 结束语

本文介绍的光混合装置结构简单，使用操作方便，用来辅助光的合成教学，非常实用。通过调节控制器，可以混合出不同颜色的光，使学生对光的合成认识更形象、直观。

参考文献

[1] 王丽敏. 色光三原色演示仪的设计[J]. 中国现代装备教育2009，75（5）：133-134.

[2] 喻春雨，金鹏，周奇峰. 多基色混合白光LED显色性优化研究[J]. 光谱学与光谱分析，2015，35（5）：1316-1319.

作者简介：田一鸣（1990年10月23日），性别：男，民族：汉， 籍贯：安徽合肥 ，学历：硕士研究生，职称：助理实验师，毕业院校：德国雅德大学，毕业专业：机械设计制造及自动化，研究方向：超精密加工技术.