專(zhuān)利名稱(chēng)：雙色激光偏振演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專(zhuān)利涉及一種教學(xué)上所使用的光偏振模擬演示裝置，具體的說(shuō)是一種雙色激光偏振演示儀。
背景技術(shù)：
偏振現(xiàn)象是光的最重要的性質(zhì)之一?；竟馄裥再|(zhì)包括Malus定律，F(xiàn)resnel公式，及由其衍生的Brewster定律。Malus定律描述了偏振光在各偏振方向上光強(qiáng)分布的關(guān)系。Fresnel公式描述了光線(xiàn)經(jīng)透明介質(zhì)的反射光與透射光偏振態(tài)隨入射角變化的關(guān)系，Brewster定律特別指出了在起偏振入射角下反射光為偏振方向垂直于入射面的線(xiàn)偏振光。由于偏振是光波動(dòng)性的一個(gè)顯著體現(xiàn)，也是被最廣泛應(yīng)用的性質(zhì)之一，在教學(xué)中占有非常重要的地位，因此經(jīng)常需要直觀演示上述基本偏振性質(zhì)。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于其自身特點(diǎn)，較難直接對(duì)一些基本偏振性質(zhì)進(jìn)行演示。最早的關(guān)于偏振的實(shí)驗(yàn)由Malus(1808)完成裝置主要部分為兩塊平行平面鏡，演示用一束光線(xiàn)以57。入射平面鏡，軸向旋轉(zhuǎn)另一面平面鏡使得出射光強(qiáng)變化以證明偏振性質(zhì)。這種方式較為單一的體現(xiàn)了光具有偏振的性質(zhì)，并沒(méi)有反映反射光偏振態(tài)隨入射角的變化，透射光的性質(zhì)等，同時(shí)光強(qiáng)純粹明暗的變化比較單一，出射光點(diǎn)隨軸向旋轉(zhuǎn)而跑動(dòng)不利于演示。另一種常見(jiàn)方法是光束射向由微控馬達(dá)控制的偏振片隊(duì)列，在改變各偏振片透射軸的過(guò)程中由CCD接受光強(qiáng)信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)繪出各偏振方向光強(qiáng)分布。這種方式的缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，使用不便，現(xiàn)象不直觀生動(dòng)，不適合作為教學(xué)或科普演示。

發(fā)明內(nèi)容
l、發(fā)明目的本專(zhuān)利的目的是提供一種現(xiàn)象直觀生動(dòng)，使用方便，成本低廉，觀察效果好的偏振基本性質(zhì)演示儀。
2、技術(shù)方案(為敘述方便，以下均對(duì)部件用標(biāo)號(hào)注明，但標(biāo)號(hào)不可理解為對(duì)保護(hù)范圍的任何限定)本發(fā)明所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于它包括兩個(gè)不同顏色的激光發(fā)生器(1、2)、反射鏡(3)、分束鏡(4)、透明介質(zhì)片(5)、反射鏡(6)、轉(zhuǎn)臺(tái)(7)和觀察屏(8)；反射鏡(3)將從激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)偏振片(9)后的激光束反射至垂直方向，分束鏡(4)將分別由激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)反射鏡(3)反射過(guò)來(lái)的激光束和從激光發(fā)生器(2)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)偏振片(10)后的激光束匯集至同一方向上，并以此射向透明介質(zhì)片(5)，透明介質(zhì)片(5)垂直安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上，在轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上同時(shí)垂直安裝有與透明介質(zhì)片(5)平行的反射鏡(6)，向透明介質(zhì)片(5)射來(lái)的激光束一部分透過(guò)透明介質(zhì)片(5)射向觀察屏(8)，另一部分反射至反射鏡(6)，在經(jīng)反射鏡(6)反射后射向觀察屏(8)。
所述的偏振片(9、10)為可旋轉(zhuǎn)的，且在同一光路上的偏振片為一片或兩片，并標(biāo)有角度值，通過(guò)在面板上的固定刻度線(xiàn)可讀出透射軸的方向角。
所述的透明介質(zhì)片(5)的反射面與轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的交線(xiàn)在轉(zhuǎn)臺(tái)的一條直徑上。透明介質(zhì)片(5)的反射面與水平面垂直，轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面邊緣刻有角度值，當(dāng)角度顯示為零度時(shí)與入射光線(xiàn)垂直，反射鏡(6)的長(zhǎng)度既保證光線(xiàn)小角度入射時(shí)能夠不被遮擋又保證大角度入射時(shí)反射光仍能被反射鏡反射。
所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上設(shè)有用于放置透明介質(zhì)片(5)的插槽。透明介質(zhì)片(5)可插入該插槽中，透明介質(zhì)片(5)為普通玻璃片、有機(jī)玻璃片、或玻璃堆片，但不限于上述三種。
在轉(zhuǎn)臺(tái)(7)一側(cè)設(shè)有牽引轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的手搖柄(11)。轉(zhuǎn)臺(tái)(7)在手搖柄的牽引下可繞臺(tái)面圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的觀察屏(8)為一半透明光屏，在預(yù)計(jì)的反射光點(diǎn)與透射光點(diǎn)處設(shè)有觀察窗。在反射鏡(6)的反射光的光路上安置有大口徑短焦距凸透鏡(12)。用于將經(jīng)透明介質(zhì)與反射鏡反射的光線(xiàn)會(huì)聚于固定觀察點(diǎn)，便于演示觀察。
本專(zhuān)利的工作原理兩種顏色的激光器分別發(fā)生兩束光線(xiàn)，在各自的光路上通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)偏振片，參照角度刻度值分別設(shè)置偏振態(tài)，隨后利用反射鏡與分束鏡將原來(lái)在兩個(gè)不同路徑上傳播的光線(xiàn)匯集在一條路徑上，并由此入射透明介質(zhì)片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，連續(xù)改變?nèi)肷浣侵?，此時(shí)反射光線(xiàn)經(jīng)反射鏡反射和凸透鏡折射后射向預(yù)計(jì)的反射光點(diǎn)觀察處，透射光線(xiàn)在此過(guò)程中基本沒(méi)有位置變化而射向預(yù)計(jì)的透射光點(diǎn)觀察處。在觀察屏相應(yīng)的位置即可以觀察到反射光點(diǎn)與透射光點(diǎn)隨各偏振片透射軸偏角設(shè)置與轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的顏色與明暗的變化。
3、有益效果本專(zhuān)利具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)采用分束鏡等處理光路，使得入射光中各成分的偏振態(tài)及其他光學(xué)性質(zhì)可以分別設(shè)置，從而模擬各實(shí)驗(yàn)定律的情況產(chǎn)生相應(yīng)的演示效果。(2)采用兩束不同顏色激光器，將單純明暗變化轉(zhuǎn)化為顏色變化，使得演示結(jié)果生動(dòng)明顯，提高了作為教學(xué)演示和科普演示的效果。(3)使用固定于轉(zhuǎn)臺(tái)的反射鏡及固定的凸透鏡，使得反射光點(diǎn)能夠固定于觀察屏上的預(yù)計(jì)位置，不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)臺(tái)面的旋轉(zhuǎn)等而移動(dòng)，使得觀察方便，增強(qiáng)了演示效果。(4)裝置集成了多個(gè)的基本偏振性質(zhì)的演示，體積小巧、輕便，成本低廉，適合大量作為教學(xué)儀器或進(jìn)行科普活動(dòng)。
四

附圖是本專(zhuān)利的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
如圖所示，本專(zhuān)利所述的雙色激光偏振演示儀，它包括紅色激光發(fā)生器1，綠色激光發(fā)生器2，反射鏡3，分束鏡4，透明介質(zhì)片5，反射鏡6，轉(zhuǎn)臺(tái)7，觀察屏8，偏振片9、10，手搖柄11，凸透鏡12。開(kāi)啟紅色激光器1和綠色激光器2，旋轉(zhuǎn)偏振片9、10以設(shè)置兩束光的偏振態(tài)，這種光路設(shè)置獨(dú)立了即將入射透明介質(zhì)片5光線(xiàn)中的兩個(gè)成分的光學(xué)性質(zhì)，有利于分別設(shè)置以達(dá)到演示Malus定律、Fresnel公式及Brewster定律的效果。經(jīng)反射鏡3與分束鏡4后，兩束激光匯聚形成一條光束。手搖柄11連接至轉(zhuǎn)臺(tái)7，用于連續(xù)改變光線(xiàn)射向透明介質(zhì)片5的入射角。轉(zhuǎn)臺(tái)7上設(shè)置有透明介質(zhì)插槽和反射鏡6，將附件普通玻璃片、有機(jī)玻璃片、或玻璃堆片中一種透明介質(zhì)片置于插槽內(nèi)隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。透明介質(zhì)片5的反射面在轉(zhuǎn)臺(tái)7的一條直徑上。反射鏡6與透明介質(zhì)片5的反射面平行，其長(zhǎng)度與距離需根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度要求及裝置尺寸設(shè)定，適當(dāng)調(diào)整后與凸透鏡12和觀察屏8組成觀察裝置。這樣的構(gòu)造使得反射光點(diǎn)與透射光點(diǎn)能夠不隨轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)，從而固定在觀察屏8的相應(yīng)位置上，便于演示觀察。通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振片9、10與旋轉(zhuǎn)手搖柄11以帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)7以改變?nèi)肷浣?，從而到達(dá)生動(dòng)直觀演示光基本偏振性質(zhì)的目的。
權(quán)利要求
1.一種雙色激光偏振演示儀，其特征在于它包括兩個(gè)不同顏色的激光發(fā)生器(1、2)、反射鏡(3)、分束鏡(4)、透明介質(zhì)片(5)、反射鏡(6)、轉(zhuǎn)臺(tái)(7)和觀察屏(8)；反射鏡(3)將從激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)偏振片(9)后的激光束反射至垂直方向，分束鏡(4)將分別由激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)反射鏡(3)反射過(guò)來(lái)的激光束和從激光發(fā)生器(2)發(fā)射出來(lái)的并經(jīng)偏振片(10)后的激光束匯集至同一方向上，并以此射向透明介質(zhì)片(5)，透明介質(zhì)片(5)垂直安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上，在轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上同時(shí)垂直安裝有與透明介質(zhì)片(5)平行的反射鏡(6)，向透明介質(zhì)片(5)射來(lái)的激光束一部分透過(guò)透明介質(zhì)片(5)射向觀察屏(8)，另一部分反射至反射鏡(6)，在經(jīng)反射鏡(6)反射后射向觀察屏(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的偏振片(9、10)為可旋轉(zhuǎn)的，且在同一光路上的偏振片為一片或兩片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的透明介質(zhì)片(5)的反射面與轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的交線(xiàn)在轉(zhuǎn)臺(tái)的一條直徑上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面邊緣刻有角度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)臺(tái)面上設(shè)有用于放置透明介質(zhì)片(5)的插槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(7)一側(cè)設(shè)有牽引轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的手搖柄(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的透明介質(zhì)片(5)為普通玻璃片、有機(jī)玻璃片、或玻璃堆片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的觀察屏(8)為一半透明光屏，在預(yù)計(jì)的反射光點(diǎn)與透射光點(diǎn)處設(shè)有觀察窗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在反射鏡(6)的反射光的光路上安置有大口徑短焦距凸透鏡(12)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙色激光偏振演示儀，它包括兩個(gè)不同顏色的激光發(fā)生器、偏振片、反射鏡、分束鏡、轉(zhuǎn)臺(tái)、手搖柄、觀察裝置以及透明介質(zhì)片；裝置中，光束始終傳播在同一水平面上，各偏振片、反射鏡、分束鏡、透明介質(zhì)片的光學(xué)表面與該水平面垂直。兩束激光分別通過(guò)不同的偏振片，利于對(duì)即將入射透明介質(zhì)片的光線(xiàn)各分量的偏振態(tài)分別設(shè)置以產(chǎn)生演示效果。采用兩種顏色的激光，將光的明暗變化轉(zhuǎn)化為生動(dòng)直觀的色彩變化，適合進(jìn)行演示。手搖柄帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，可以連續(xù)改變?nèi)肷浣?，增加了演示?nèi)容。反射鏡置于轉(zhuǎn)臺(tái)上與透明介質(zhì)片平行，在設(shè)定位置與鏡面長(zhǎng)度后可與凸透鏡構(gòu)成觀察裝置，使得反射光點(diǎn)與透射光點(diǎn)不隨轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)，利于演示觀察。
文檔編號(hào)G09B23/00GK1760933SQ200510095150
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者楊旸, 潘永華, 周進(jìn), 王思慧 申請(qǐng)人:南京大學(xué)