一种测量发散角的教学实验教具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种测量发散角的教学实验教具，其结构为：两个轴向距离标尺沿Ｘ向放置，二者相互平行且标尺起点相同，轴向距离标尺均与第一底板平行且固连；发光源器件放置器与轴向距离标尺垂直且固连，并位于第一底板的一端；发光源器件放置器上设有深度不同的Ｖ型槽，Ｖ型槽的两面平行于Ｘ向，发光源器件放置于发光源器件放置器上的Ｖ型槽中，等厚薄板对垫在发光源器件下；纵向标尺沿Ｙ向活动放置于第一底板上。对大发散角，可直接测量；对小发散角，用光行程倍增器获得大光行程距离，从而测得计算出距离和测得光斑直径，进而计算出光束的发散角。本实用新型专利技术具有结构简单、成本低和直观特点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学教学实验装置，具体为一种测量发散角的教学实验教具。
技术介绍
光束发散角是光束的重要参数，教学实验中需要直观的显示，加深学生的印象，提 高教学效果。现有多种光束发散角的测量方法。专利技术专利01108756. 0 “激光光束发散角测试方法”采用CCD相机接收激光器的 光束在标准镜头的后焦面处形成的聚焦光斑的信号，获得光斑光强分布信号，计算出激光 器发出的激光光束的远场发散角2 θ。此方法适合测量小口径、小发散角、以及非径向对称 的激光光束。专利技术专利200310123408. X “激光器发散角测量仪和测量方法”采用旋转微调架驱 动激光器旋转扫描，固定的光纤头接收激光器光束光斑的光强并将接收的光强导入光功率 计，从而获得光斑光强分布信号，进而计算出激光器发出的激光光束的远场发散角2 θ。此 方法适合测量不同口径、不同发散角、以及非径向对称的激光光束。现有的光束发散角测量方法自动化程度高、精度高，但结构复杂、成本高、不直观， 不适于做几何光学实验教具。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种测量发散角的教学实验教具，该教具具有结构简 单、成本低和直观的特点。本技术提供的一种测量发散角的教学实验教具，其特征在于该教学实验教 具包括发光源器件、第一底板、发光源器件放置器、第一轴向距离标尺、第二轴向距离标尺、 纵向标尺和等厚薄板对；X向是指发光源器件发光的设计轴线的方向，Y向是指垂直轴向的方向，第一轴向 距离标尺、第二轴向距离标尺均沿X向放置，第一轴向距离标尺、第二轴向距离标尺相互平 行且标尺起点相同，第一轴向距离标尺、第二轴向距离标尺均与第一底板平行且固连；发光 源器件放置器与第一轴向距离标尺、第二轴向距离标尺垂直且固连，并位于第一底板的一 端；发光源器件放置器上设有深度不同的V型槽，V型槽的两面平行于X向，发光源器 件放置于所述V型槽中，等厚薄板对垫在发光源器件下；纵向标尺沿Y向活动放置于第一底 板上。应用本技术可测不同光源的发散角，包括激光束的发散角，是一种良好的几 何光学教学实验装置。对大发散角，将活动的纵向标尺置于不同轴向距离处，可测得距离和 光斑的直径，进而计算出光束的发散角；对小发散角，用光行程倍增器获得大光行程距离， 从而测得计算出距离和测得光斑直径，进而计算出光束的发散角。在光行程倍增器的设计中运用折叠光路，通过两面定距离的平行反射镜来倍增光行程，并通过光入射两面平行反 射镜的入射角的调整来改变倍增光行程的倍数，扩展了小发散角的测量范围。此装置使实 验操作方便，结果可靠。采用的实验原理直观清晰，有利于学生对基本几何光学概念的理解 和掌握。总之，本技术具有结构简单、大小可控制和成本低的特点。附图说明图1为本技术的一种较佳实施方式的结构示意图；图2是光行程倍增器的示意图；图3是光行程倍增器的带孔活动标尺的示意图。具体实施方式下面结合图1、图2、图3为本技术作进一步详细的说明。如图1所示，定义发光源器件发光的设计轴线的轴向距离(即第一底板2长度) 方向为X向、同时第一底板2的底面平行X向，第一底板2宽度方向(即垂直轴向的方向) 为Y向。本技术提供的教学实验教具包括发光源器件1、第一底板2、发光源器件放置 器3、第一轴向距离标尺4、第二轴向距离标尺5、纵向标尺7和等厚薄板对8。第一、第二轴向距离标尺4和5均沿X向放置，相互平行且标尺起点相同，第一、第 二轴向距离标尺4、5均与第一底板2平行且固连；发光源器件放置器3与第一、第二轴向距 离标尺4、5垂直且固连，并位于第一底板2的一端。发光源器件放置器3上有深度不同的V型槽，V型槽的两面平行于X向，发光源器 件1放置于发光源器件放置器3上的V型槽中，就保证了发光源器件1的发光轴线平行于X 向；发光源器件1有数个种类，如手电筒、LED和LD等。等厚薄板对8有不同的厚度，由于 发光源器件1的直径不同，用不同厚度的等厚薄板对8垫在发光源器件1下，以保证不同直 径的发光源器件1的光轴到第一底板2的底面的距离。纵向标尺7沿Y向活动放置于第一底板2上，利用第一、第二轴向距离标尺4、5控 制其定位精度和垂直X向。上述结构的教学实验教具可以用于测量大角度的发散角，当增设光行程倍增器6 时，就还可以用于测量小角度的发散角。光行程倍增器6活动安装在第一底板2上并位于第一、第二轴向距离标尺4、5之 间，而且与X向之间的夹角α等于设定的角度。如图2所示，光行程倍增器6由第二底板9、第一、第二反射镜10和11、带孔活动 标尺12组成，第一、第二反射镜10和11是一对平行的长条形反射镜，距离为d，第一反射镜 10的背板上用螺钉安装有带孔活动标尺12，在第二反射镜11上设置有反射起点标志13， 第一、第二反射镜10和11均与第二底板9垂直固连，并均与第二底板9的第一轴向边C垂 直，C边是指与带孔活动标尺12相邻的边。图3是带孔活动标尺12的结构示意图。带孔活动标尺12由园孔14、标尺15和安 装长条孔16组成。LL是带孔活动标尺12上的园孔14的中心到反射镜11上反射起点标 志13沿反射镜方向的距离，利用带孔活动标尺12上的安装长条孔16可以调节LL的长度。入射光斑直径比带孔活动标尺12上的园孔14小。设Ld为反射镜11的长度，二个反射镜的差为LL0，则反射镜10的长度为Ld+LLO。本技术的工作原理发光源器件1发光照向纵向标尺7。对大发散角，将纵向 标尺7置于不同轴向距离处，可测得距离和光斑的直径，进而计算出光束的发散角。轴向距 离标尺的长度可设计为1000mm，纵向标尺7可设为600mm，第一底板2的宽度与纵向标尺 7的长度相等。如果纵向标尺7的精度1mm，如图1所示，测发光源器件1的近测点最小轴 向距离LO >= 50mm，人工估计光斑直径d0 ；测发光源器件1的远测点最小轴向距离Ll = 200mm+L0，人工估计光斑直径dl，则发散角2 θ = arctg，发散角近似测 量范围0. 12° 90°。如果发光源发的光束为小发散角的光束，将纵向标尺7置于近测点，轴向距离L0， 人工估计光斑直径d0 ；然后将光行程倍增器6放入光路，让光入射光行程倍增器6，其中心 落在光行程倍增器6的园孔14的中心，同时转动光行程倍增器6使光斑的中心正好与反 射镜11上反射起点标志13的Y向坐标相同。从而获得光束对反射镜11的入射角α = arctg (LL/d)，如图2所示。在光行程倍增器6的设计中运用折叠光路，通过两面平行反射镜 来倍增光行程，将纵向标尺7置于光行程倍增器6后面的轴向距离Ll处，人工估计光斑直 径dl。光行程倍增次数η =卩11)( 仏(1/1^)+2，则总的光行程1^ = Ll+(n-l) Xd/cosa。其 中，FL00R0表示取商的整数部，舍去小数部。从而发散角2 θ ^ (dl-dO)/(L-LO)。取Ld =500mm, LLO = 30mm, d = 800mm。当 LO = 50mm, a = 0. 00375rad (0. 215° ) 0. 05rad 并保证η为奇数时，小发散角的近似测量范围0. 03mrad 0. 2°。即用光行程倍增器6获得大光行程距离，从而测得计算出距离和测得光斑直径， 进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量发散角的教学实验教具，其特征在于：该教学实验教具包括发光源器件（１）、第一底板（２）、发光源器件放置器（３）、第一轴向距离标尺（４）、第二轴向距离标尺（５）、纵向标尺（７）和等厚薄板对（８）；Ｘ向是指发光源器件（１）发光的设计轴线的方向，Ｙ向是指垂直轴向的方向，第一轴向距离标尺（４）、第二轴向距离标尺（５）均沿Ｘ向放置，第一轴向距离标尺（４）、第二轴向距离标尺（５）相互平行且标尺起点相同，第一轴向距离标尺（４）、第二轴向距离标尺（５）均与第一底板（２）平行且固连；发光源器件放置器（３）与第一轴向距离标尺（４）、第二轴向距离标尺（５）垂直且固连，并位于第一底板（２）的一端；发光源器件放置器（３）上设有深度不同的Ｖ型槽，Ｖ型槽的两面平行于Ｘ向，发光源器件（１）放置于所述Ｖ型槽中，等厚薄板对（８）垫在发光源器件（１）下；纵向标尺（７）沿Ｙ向活动放置于第一底板（２）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊卢，
申请(专利权)人：张昊卢，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]