超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器的制造方法
【專利摘要】一種超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器，在光具座的左端設(shè)置有激光器、右端設(shè)置有光屏，激光器與光屏之間激光出射光方向光具座上設(shè)置有超聲光柵槽，在激光器與超聲光柵槽之間激光出射光方向光具座上設(shè)置有柱透鏡。本實(shí)用新型解決了采用分光計(jì)實(shí)驗(yàn)測量時(shí)衍射條紋直觀性差的問題，以及傳統(tǒng)的采用激光束直接通過超聲光柵形成的衍射光斑分離不清、無法測量的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝調(diào)試簡單、演示直觀等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在常規(guī)條件下超聲光柵衍射圖像的觀察和可視演示，作為實(shí)驗(yàn)儀器有較高的測量精度，可作為光學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)測量儀器。
【專利說明】超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)教學(xué)演示和實(shí)驗(yàn)儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲光柵是一種特殊的光柵,在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、光信息實(shí)驗(yàn)、研究聲對光的調(diào)制中，有著特殊的作用。
[0003]超聲光柵與普通刻線光柵或全息光柵的不同之處主要有兩點(diǎn):其一，光柵形成的機(jī)理不同；其二，普通的光柵常數(shù)固定不變，而超聲光柵的光柵常數(shù)隨超聲波的波長變化。超聲波在液體中形成超聲光柵的模式有兩種，一種是液體內(nèi)只有換能器發(fā)射的超聲波而沒有反射波，其結(jié)構(gòu)特征為在換能器的對面安裝有吸收聲波的材料，行波光柵的柵面在空間隨時(shí)間移動(dòng)；另一種是超聲駐波光柵，駐波光柵的結(jié)構(gòu)特征為在換能器的對面有聲波反射面，液體中有換能器的發(fā)射波和反射面的反射波，當(dāng)發(fā)射波與反射波疊加且滿足駐波形成的條件時(shí)，就會形成超聲駐波，從而形成超聲駐波光柵，駐波光柵的柵面在空間的位置固定，駐波的振幅是發(fā)射波的2倍，將使液體的折射率發(fā)生更強(qiáng)的變化，從而使通過超聲光柵的光波發(fā)生更強(qiáng)的衍射。
[0004]通過超聲光柵測量液體中的聲速，是大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要內(nèi)容。目前所使用的測量方法主要有兩種:其一，利用分光計(jì)進(jìn)行測量；其二，在光具座上進(jìn)行測量。前者雖然測量精度較高，但儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、調(diào)試難度大，特別是直觀性差，無法實(shí)現(xiàn)常規(guī)條件下的可視化演示。因此，在激光引入基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)后，出現(xiàn)了在光具座上進(jìn)行超聲光柵實(shí)驗(yàn)測量的方法與裝置。
[0005]專利號為ZL200620072245.6、發(fā)明名稱為《液體聲高效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀》的中國實(shí)用新型專利，專利號為ZL200820088221.9、發(fā)明名稱為《激光超聲光柵演示實(shí)驗(yàn)儀》的中國實(shí)用新型專利，分別提出了在光具座上實(shí)現(xiàn)超聲光柵的實(shí)驗(yàn)測量裝置。其主要的技術(shù)方案是，激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后再通過超聲光柵，然后在屏幕上觀察和測量衍射條紋。其主要缺點(diǎn)在于所形成的衍射圖像為連在一起直徑大小不同的光斑，圖像不清晰，且可視性差、測量誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服上述液體聲高效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀和激光超聲光柵演示實(shí)驗(yàn)儀的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低，調(diào)試簡單，可視性好、衍射圖像為線狀條紋且圖像清晰、實(shí)驗(yàn)測量精度較高的超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器。
[0007]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在光具座的左端設(shè)置有激光器、右端設(shè)置有光屏，激光器與光屏之間激光出射光方向光具座上設(shè)置有超聲光柵槽，在激光器與超聲光柵槽之間激光出射光方向光具座上設(shè)置有柱透鏡。
[0008]本實(shí)用新型的柱透鏡為圓柱透鏡。[0009]本實(shí)用新型的圓柱透鏡的外徑為I~10mm。
[0010]本實(shí)用新型的圓柱透鏡的外徑最佳為5.5_。
[0011]本實(shí)用新型采用激光器出射的激光束通過柱透鏡變換為線光源，垂直入射于超聲光柵槽入射側(cè)壁的線光源，通過超聲光柵槽中液體形成的超聲光柵時(shí)產(chǎn)生衍射，在光屏上形成一系列以零級條紋為對稱的平行、清晰的線狀激光衍射條紋。本實(shí)用新型解決了采用分光計(jì)實(shí)驗(yàn)測量時(shí)衍射條紋直觀性差的問題，以及傳統(tǒng)的采用激光束直接通過超聲光柵形成的衍射光斑分離不清、無法測量的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝調(diào)試簡單、演示直觀等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在常規(guī)條件下超聲光柵衍射圖像的觀察和可視演示，作為實(shí)驗(yàn)儀器有較高的測量精度，可作為光學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)測量儀器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是超聲光柵線狀激光的衍射圖像。
[0014]圖3是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)測量原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于這些實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例1
[0017]在圖1中，本實(shí)施例的超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器由激光器1、柱透鏡2、超聲光柵槽3、光屏4、光具座5聯(lián)接構(gòu)成。
[0018]本實(shí)施例的激光出射光方向光具座5上表面標(biāo)有長度計(jì)量單位刻度，刻度的單位為_，在光具座5的左端用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有激光器I，激光器I為He-Ne激光器，也可采用半導(dǎo)體激光器，激光器I用于產(chǎn)生可見激光。光具座5的右端用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有光屏4，光屏4用于成像，激光器I與光屏4之間激光出射光方向光具座5上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有柱透鏡2，柱透鏡2為圓柱透鏡，圓柱透鏡的外徑外徑為5.5mm,柱透鏡2將激光器出射的激光束變?yōu)榫€光源。柱透鏡2與光屏4之間激光出射光方向光具座5上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有超聲光柵槽3，激光器I出射的激光束通過柱透鏡2變?yōu)榫€光源，垂直于超聲光柵槽3入射側(cè)壁的線光源,通過超聲光柵槽3中液體形成的超聲光柵時(shí)產(chǎn)生衍射，在光屏上形成一系列以零級為對稱的平行、清晰的線狀衍射條紋，見圖2。
[0019]圖3給出了采用本實(shí)用新型超聲光柵的實(shí)驗(yàn)測量原理圖。在圖3中，采用本實(shí)用新型測量超聲光柵的一級衍射條紋的衍射角按下式進(jìn)行計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器，在光具座(5)的左端設(shè)置有激光器(I)、右端設(shè)置有光屏(4)，激光器(I)與光屏(4)之間激光出射光方向光具座(5)上設(shè)置有超聲光柵槽(3),其特征在于:在激光器(I)與超聲光柵槽(3)之間激光出射光方向光具座(5)上設(shè)置有柱透鏡(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述的柱透鏡(2)為圓柱透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述的圓柱透鏡的外徑為I?10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學(xué)演示與實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述的圓柱透鏡的外徑為5.5_。
【文檔編號】G09B23/22GK203812470SQ201420237802
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】張宗權(quán), 黃育紅, 劉志存, 任俊鵬, 姚志, 辛經(jīng)緯 申請人:陜西師范大學(xué)