手持波动光学演示仪制造技术

手持波动光学演示仪属于教学仪器领域，可以演示波动光学中的干涉、衍射、偏振的很多现象，是用于课堂教学的演示仪器。该仪器电源２、光源３和光路中的扩束镜４、衍射屏５、聚焦镜７组成，其特征在于：所述的电源２、光源３和光路中的扩束镜４、衍射屏５、聚焦镜７依次安置在一根作为外壳１的金属圆管中，光路在圆管的轴线上；其中，扩束镜４安装在可旋转的轮架上，通过旋转轮架可实现是否切换到光路中；衍射屏５由安装在轮架上的多个衍射单元构成，通过旋转轮架可切换光路中的衍射单元；聚焦镜７安装在一个可插在外壳１上的并可前后移动的圆筒内。本仪器将波动光学的各种衍射物集中在衍射屏中，并且可以有红绿两种光源，可以演示波动光学中很多实验。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于教学仪器领域。
技术介绍
在大学的普通物理课程中，光学是其中所要讲授的一个主要的内容，而 光的波动性这一问题又恰恰是光学课程中的一个重要的知识点。由于光的波 动性存在着一定的抽象性，使得多数学生初期接触这一问题时，在理解和掌 握上有一定的困难。正因为如此，考虑通过适当的波动光学演示实验，帮助 学生顺利理解所学到的知识，是一件重要的事情。波动光学的演示装置有许 多，对于综合型的波动光学演示装置国内外也有一些厂家在生产，比如香港 某教学仪器公司与国外一家光学公司合作开发、生产的一套综合型的波动光 学演示装置，可以切换各种衍射物，能够演示大部分波动光学实验；并且有 条件的学校在教室的设计上考虑到了光学演示实验的需要。但是，在普通教 室很难实施这样的实验，因为光学实验一般需要无光或微光的条件，且实验 仪器体型较大，需要的零件也较多，需要很高的稳定性，调节起来比较麻烦， 所以这些都限制了光学演示在普通教室的开展。
技术实现思路
本技术提供了一种小型的、集成型的、能够演示许多波动光学现象 的手持波动光学演示仪。本技术的解决方案是本装置的基本结构由光源3和衍射屏5构成， 电源2为光源3提供能量，电源2采用干电池；衍射屏5由中心带有架轴5-3 的圆片状的轮架5-2上安装衍射单元5-1构成；电源2、光源3、衍射屏5依 次安置在金属圆管外壳1中；光束8沿外壳1轴线出射；衍射屏5通过外壳1 中的内托6垂直外壳1轴线放置，使光束8穿过衍射单元5-l，衍射屏5通过 轮架5-2上的架轴5-3与内托6中的轴托6-2配合，并部分露出外壳1，可通 过拨动旋转，从而切换衍射单元5-1;每个轮架5-2围绕架轴5-3均匀放置8-10 个衍射单元5-1构成衍射屏5，可以制作多个衍射屏5来放置多个衍射单元5-1，衍射屏5通过在外壳1上开槽，放置在装置的光路8中，可以在光路中 更换不同的衍射屏5。为了适应更多的实验要求，可以在装置的光路中加装扩束镜4和聚焦镜7， 扩束镜4通过与衍射屏5中类似的轮架放置在光源3与衍射屏5之间，通过 旋转轮架切换是否加装扩束镜4;聚焦镜7通过圆筒插装在外壳1的出光口处, 并可作前后微调。本装置可通过光源转换装置9安装两种光源两只红、绿两激光器平行 贴外壳壁放置，激光器的光束沿外壳1轴线方向向后射到一个安置在轮架上 的斜面垂直于外壳1轴线的直角三棱镜9-1的斜面内，通过直角三棱镜9-1两 个直角面的反射，光线沿外壳1轴线正.向出射；通过转动轮架来切换不同的 光源，并将光源与电源2连接的开关触点9-2设置在轮架上，当切换光源时接 通相应光源的电源。本技术的有益效果是采用上述方案后，可以将波动光学的各种衍 射物集中在衍射屏中，利用小巧的集成的实验装置，通过切换和更换衍射屏， 就可以演示波动光学中很多实验。本仪器携带非常方便，可以不受场地和电 源的限制，而且操作简单。附图说明图l:本仪器的基本结构示意图2:本仪器的衍射屏结构示意图3:本仪器轮架内托主视图4:本仪器加装扩束镜和聚焦镜时的结构示意图； 图5:本仪器采用双光源时的结构示意图。图中，1、外壳，2、电源(电池)，3、光源，3-1、红光激光器，3-2、绿 光激光器，4、扩束镜，5、衍射屏，5-1、衍射单元，5-2、轮架，5-3、架轴， 5-4、定位槽，6、内托，6-1、定位弹片，6-2、轴托，7、聚焦镜，8、光束， 9、光源转换装置，9-1、直角三棱镜，9-2、开关触点。具体实施方式本仪器的关键部件是衍射屏5的制作，波动光学的波动性质是通过不同 的干涉物、衍射物产生的现象体现的。由于光的波长很短，干涉物或衍射物 只有很小时其产生的干涉现象、衍射现象才能被肉眼观察到。实验中人们制 作了许多能产生奇特现象的干涉物、衍射物，在我们的实验装置中衍射屏包含了这些干涉物、衍射物。衍射屏5上的衍射单元5-l即为干涉物、衍射物， 可以制作多个衍射屏5来容纳各种干涉物、衍射物，衍射屏5可以方便地更 换。衍射单元5-l可以用摄影胶片制作，摄影胶片将物体通过拍摄縮微，将物 体縮小到毫米量级，这个尺度用可见光激光可以产生明显的衍射。摄影胶片制作的衍射单元5-l有缝、？L、网、环、多边形、光栅等，其中缝有单缝、双缝、多缝，可以有大缝、小缝，双缝中两缝的缝宽与缝距可以有各种比例，这些尺寸的不同亦可产生不同的衍射现象；孔有从小到大一系列尺寸，可以 演示孔的大小对衍射现象的影响；多边形从三角形到八边形；光栅有一维光 栅和二维光栅。衍射屏5中的衍射单元5-l也可以是物体，如双棱镜、偏振 片、叉丝等。衍射屏5的结构如图2所示每个衍射屏5包含8个衍射单元 5-1，均匀分布在轮架5-2边缘。轮架5-2为一个原片，中心有一个架轴5-3， 围绕架轴5-3均匀分布有8个放置衍射单元的圆孔，轮架5-2通过架轴5-3与 图3中的内托6中的轴托6-2配合，垂直放在的光路中，使光穿过某个衍射单 元5-l;轮架5-2—部分露出外壳l，用手拨动轮架5-2可以切换衍射单元， 轮架5-2上设有定位槽5-4，与内托6中的定位弹片6-1配合可以保证光束8 穿过衍射单元中心。通过更换衍射屏5可以演示很多实验现象。本仪器的基本结构是将电源2、光源3、衍射屏5依次集成在一支铝的圆 管中。圆管垂直轴线方向开一槽，用于放置衍射屏5， 一头开口透光，另一头 设盖装电池；电源2采用干电池；光源3采用半导体激光器。光通过衍射屏5 后发生干涉/衍射，将干涉/衍射光投射到远处的屏幕上，即可观察干涉/衍射图 像。屏幕可以用专门的银幕，也可以是白墙，甚至可以是一张白纸。通过转 换不同的衍射屏5可以观察到単缝、双缝、多缝、圆孔、方孔、园屏、网格、 多边形、 一维光栅、二维光栅等的干涉/衍射图样。仪器的结构形式见图l。菲涅耳衍射和弗朗禾费衍射是衍射条件变化的结果，是波动光学中衍射 的教学重点。衍射系统由光源、衍射屏、接收屏幕组成。通常按它们相互之 间距离的大小将衍射分为两类 一类是光源和接收屏幕(或两者之一)距离 衍射屏有限远，这类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距离 衍射屏无穷远，这类衍射叫做弗朗禾费衍射。本仪器的光源3是半导体激光 器，半导体激光器发出来的激光是平行光，可以认为光源距离衍射屏"无穷 远"；本仪器的屏幕到衍射屏的距离为两米以上，相对衍射单元的尺寸来说也 可以认为是"无穷远"，所以本仪器的基本结构形成的衍射都是弗朗禾费衍射。 当观察菲涅耳衍射时，需要在基本结构的基础上在激光器前加装一个短焦距 凸透镜作为扩束镜4，使激光发出的平行光发散，形成点光源效果。凸透镜通 过与衍射屏5类似的轮架安置在激光器前，通过拨动轮架切换是否加装扩束 镜4。(如图3)对于某些情况，如观察多缝，虽然是弗朗禾费衍射，但由于激光器的光 束很窄，不能射到所有的缝，这时也需要扩束。但为了保证弗朗禾费衍射的 条件，还需要将光聚焦到屏幕上，所以在衍射屏5后面还需要加一个聚焦镜7， 为了适应屏幕到衍射屏距离的变化，这个透镜还需要有一定的移动范围。此 透镜装在一个圆筒内，圆筒可插在外壳出光口处，并可前后移动，如图3所 示。本仪器还可以安装两个激光器， 一个红光激光器3-1 ， 一个绿光激光器3-2。 这样可以比较不同波长的光对干涉、本文档来自技高网...

【技术保护点】
手持波动光学演示仪，由电源（２）、光源（３）和光路中的扩束镜（４）、衍射屏（５）、聚焦镜（７）组成，其特征在于：所述的电源（２）、光源（３）和光路中的扩束镜（４）、衍射屏（５）、聚焦镜（７）依次安置在一根作为外壳（１）的金属圆管中，光路在圆管的轴线上；其中，光源（３）采用半导体激光器；电源（２）为半导体激光器提供能量；扩束镜（４）安装在可旋转的轮架（５－２）上，通过旋转轮架（５－２）可实现是否切换到光路中；衍射屏（５）由安装在轮架（５－２）上的多个衍射单元（５－１）构成，通过旋转轮架（５－２）可切换光路中的衍射单元（５－１）；聚焦镜７安装在一个可插在外壳（１）上的并可前后移动的圆筒内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏蔷，杨旭东，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]