使用光学爬高架的一些注意事项

sources 20260429

爬高架(periscope)是由两个45 度反射镜构成的装置，用于提升或降低光路高度。比如，Thorlabs FSAC 飞秒自相关仪用于测量p 光的脉宽，并要求输入光高为3 英寸，为此可使用RS99(/M)爬高架套件调节光束高度，或使偏振旋转90 度。

原创inspired Thorlabs 索雷博2026 年1 月14 日12:01 上海3人

爬高架(periscope)是由两个45 度反射镜构成的装置，用于提升或降低光路高度。比如，Thorlabs FSAC 飞秒自相关仪用于测量p 光的脉宽，并要求输入光高为3英寸，为此可使用RS99(/M)爬高架套件调节光束高度，或使偏振旋转90 度。

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光束在相同平面内偏振不变光束在不同平面内偏振改变

右上图中的配置叫折叠(folded)爬高架。它们只通过反射就能使飞秒激光在s 和p偏振之间转变(只是让入射平面改变90 度)，因此几乎不引入色散；或者用于改变宽带红外光束的偏振，因为这个波段缺乏优质的宽带半波片。

不过，这种偏振变化也可能导致意外的问题。比如，一位超分辨显微镜研究人员提到[1]，意外的偏振变化使通过物镜的激光功率降低了10 倍，持续一周才发现是因为上游光束原本应通过偏振分束镜反射，但在偏振变化后却被透射了，因此无法进入物镜。他们在光路加一个宽带半波片后就解决了这个问题。

关于爬高架是否影响偏振的一个问答[2]中提到，爬高架的输出偏振取决于入射偏振态、两个反射镜的角度以及反射镜的类型。

假设一束水平偏振光(p 光)平行于光学平台传播，当它通过底部反射镜后垂直向上传播时，偏振态如何变化呢？对于底部反射镜而言，光束实际为s 偏振光，因为偏振是根据入射平面定义的。因此，在反射计算中需采用s 偏振对应的菲涅尔系数。

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水平的入射平面垂直的入射平面

这正是顶部反射镜角度至关重要的原因：

如果它使输出光束平行于输入光束，那么两个反射镜的入射平面相同，并保持相同偏振。
如果它使输出光束垂直于入射光束，那么入射平面将旋转90 度，而偏振态也将相应旋转。
如果光束以0 至90 度之间的其它角度出射，那么入射光束将在反射镜界面定义的坐标系中分解出两个偏振分量。由于两者的反射波通常具有不同振幅和相位，爬高架将输出椭圆偏振光；这一点可参考金属膜反射镜对偏振的影响及其留言。

爬高架不完全选项

除了前面提到的RS99(/M)爬高架套件，Thorlabs 还提供用于OEM 的FMMP1(/M)

固定式爬高架以及用于DIY 配置的各种组件。

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RS99 的自由度导轨式爬高架

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（左一）基于减振接杆的DIY 爬高架

（中间）固定式爬高架加20 mm 垫块

（右一）固定式爬高架加30 mm 垫块

安全意识和通用建议

爬高架据称通常是在实验室搭建的最令人胆战心惊的装置之一，因为光束需要垂直传播，所以更容易向上反射伤及眼睛。虽然降低光高相比增加光高的危险性更低，但不管何种配置都需要格外谨慎。新手在首次搭建时应寻求专业协助。

最安全的光路通常要求所有光束在平行于光学平台的单一平面内传播。这样能最大限度地避免杂散反射光向上反射至人眼的风险。光束高度最好靠近平台表面(接近腰部位置)，以此减小接杆高度并提高系统稳定性。

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Thorlabs 最新OEM 安装座保持相同光高

在理想情况下，激光输出端和实验样品应具有相同高度，这样所有光束都将在这个高度的平面内传播。但在实际应用中光束高度通常是需要调节的。当高度差较小时，可将光束直接反射至另一个反射镜；当高度差较大时，爬高架是更合理的

方案。

在搭建爬高架时，可先确定样品和激光输出端之间的高度差，然后将爬高架安装在尽可能靠近激光器的位置，以匹配这两个高度。如果激光输出端口到样品的距

离很长，必要时可考虑先使用爬高架降低光高，然后在接近样品时重新提高。因为在某些情况下，上游远端的微小不稳定性可能导致下游更大的不稳定性，因此在长距离传播中维持稳定性至关重要。避免激光器和光路受气流影响也能大幅提升稳定性，而封闭的光路能显著提高安全性。

搭建方法

伯克利实验室的激光对准培训文档[3]中包含对准爬高架的练习步骤，主要就是使用两点法对准激光；此处是降低光高的配置，并特别强调了操作的安全性。

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爬高架对准练习装置

如果需要提升光高，可使用一根铅垂线作为垂直向上光束的参考线；用一根线挂几个垫片就是一根铅垂线。首先挡住激光，使用铅垂线确定光束完全垂直时应打到的位置，在天花板贴张便利贴并画个标记。然后打开激光，调节反射镜使激光打在标记点上。

这个方法出自写给科学家和工程师的光学测量一书[4]，可用于对准光学爬高架或倒置显微镜的物镜。

用铅垂线确定参考点

对准爬高架

参考文献

[1]Kyle Douglass,An accidental half-wave plate, https://kmdouglass.github.io/posts/half-wave%20plate

[2]https://www.researchgate.net/post/Would_the_polarization_of_a_laser_beam_change_after_passing_through_a_periscope

[3] https://view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fehs.stanford.edu%2Fwp-content%2Fuploads%2FEHS-304-Laser-Alignment-Training-Handouts.pptx[4]Arthur McClelland &Max Mankin,Optical Measurements for Scientists and Engineers,Cambridge (2018)

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