CN105321412A - 一种白色激光产生原理的演示方法及其装置 - Google Patents

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王军
姚庆香
吴泉英
范君柳
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Abstract

本发明公开了一种白色激光产生原理的演示方法及其装置，属于教学实验仪器。将红、绿激光经第一片二向色镜合束为一路激光光束，再与蓝色激光通过第二片二向色镜合束为一路激光光束，调整红、绿和蓝三色激光的强度比例，得到白色激光。按本发明技术方案提供的演示装置，可通过旋转偏振片改变红绿蓝三色激光的强度比例，从而得到白色激光。借助于该装置，可直观地演示白色激光的形成原理，同时通过旋转偏振片可直观演示不同的红、绿、蓝配比对应不同颜色的色度学实验现象，效果明显，较好地丰富了教学内容。

Description

一种白色激光产生原理的演示方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种白色激光产生原理的演示方法及其装置，属于教学实验仪器技术领域。
背景技术
将红绿蓝三种激光束按一定强度比例极高精度地合束在一起就可产生白色激光。2015年美国亚利桑那州立大学的研究者研制了由锌、镉、硫和硒的半导体合金构成纳米级的半导体材料薄片，其不同部分在受光脉冲激发时产生不同颜色的激光，富含镉和硒的部分产生红色激光，富含镉和硫的部分产生绿光，富含锌和硫的部分产生蓝光，从而实现了三色激光的高精度合束，产生白色激光，可广泛应用于照明和光通信领域。在大学课程《激光原理》及其他相关教学过程中，通常采用语言描述和图示的方法把知识传授给学生，学生无法直观的观察到白色激光合束、形成的过程，无法实践不同激光强度比例产生不同颜色激光的实验，对于文科生理解起来更是困难，如能开发出一种教学仪器，可直观模拟白色激光的形成过程和原理，同时使学生实践不同激光强度比例对应不同颜色激光的实验，对教学内容和手段会是非常有益的补充和辅助。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种可直观地演示白色激光的形成原理的方法及其装置，并同时可直观演示不同的红、绿、蓝配比对应不同颜色的色度学实验现象。
实现本发明上述发明目的技术方案包括提供一种白色激光产生原理的演示方法，其步骤如下：
1、将由半导体激光器发出的红、绿激光经第一片二向色镜合束为一路激光光束；
2、将半导体激光器发出的蓝色激光与步骤1得到的激光光束，通过第二片二向色镜，合束为一路激光光束；
3、调整红、绿和蓝三色激光的强度比例，得到白色激光。
上述技术方案中，由第二片二向色镜合束为一路激光的光束，再经聚焦、扩束得到平行光束，在灰板上显示产生的白色激光。
本发明调整红、绿和蓝三色激光强度比例的技术方案，可通过旋转偏振片实现。
实现本发明目的的技术方案还包括提供一种白色激光产生原理的演示装置，其结构为：在红色激光半导体激光器和绿色激光半导体激光器发出的激光束光路中，分别设置偏振片，经偏振片调整后的红色和绿色两路激光，通过透红反绿或透绿反红的第一片二向色镜合束为一路激光束，再经与蓝色激光半导体激光器发出的蓝色激光束，通过透红绿反蓝的第二片二向色镜，将它们合束为一路激光，再依次经物镜聚焦和准直透镜扩束，得到的平行光束在灰板上显示。
一个具体的实施方案为：红色激光半导体激光器的工作波长为650nm，绿色激光半导体激光器的工作波长为532nm，蓝色激光半导体激光器的工作波长为405nm；红色激光半导体激光器和绿色激光半导体激光器发出的激光束相互垂直，所述的第一片二向色镜与光路成45°设置；蓝色激光半导体激光器发出的蓝色激光束，与经第一片二向色镜合束为一路的激光束垂直，所述的第二片二向色镜与光路成45°设置。
本发明依据的原理是：激光器出射光为线偏振光，通过旋转光路中设置的偏振片，改变偏振方向即可改变出射线偏光的强度，从而实现调整三路激光强度比例的目的；三路激光通过一片透红反绿或透绿反红二向色镜和一片透红绿反蓝二向色镜合束，再经物镜汇聚、准直透镜扩束形成一束具有一定口径的平行白色激光光束，显示在灰板上。当红、绿、蓝三色激光强度比例调整恰当时，可观察到白色激光光束。旋转偏振片，改变三色激光的强度比例，可观察到不同颜色的激光光束。
本发明的效果在于：
1、本发明技术方案采用二向色镜合束光路，实现红绿蓝三路激光的合束，提供的白色激光产生原理的实验装置，科学合理，演示直观，结构简单，同时通过旋转偏振片可直观演示不同的红、绿、蓝配比对应不同颜色的色度学实验现象，效果明显，较好地丰富了教学内容。
2、本发明采用透红反绿二向色镜使红色激光以高透过率透过，使绿色激光以高反射率反射，透红绿反蓝二向色镜使红色和绿色激光以高透过率透过，使蓝色激光以高反射率反射，经透红绿反蓝二向色镜后三路激光合束为一路。若使用半透半反镜或普通分束镜改变光路的方法，每个分束元件都会造成入射光路损失一半的光能量，使用二向色镜可有效减少光能量的损失。
3、本发明采用灰板显示白色激光，相对于白板显示屏，灰板对白色和其他颜色的显示视觉感更好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种白色激光原理演示装置的结构示意图。
图中：1、发出红色激光光束的半导体激光器；2、发出绿色激光光束的半导体激光器；3、发出蓝色激光光束的半导体激光器；4、红光出射光路的偏振片；5、绿光出射光路中的偏振片；6、透红反绿二向色镜；7、透红绿反蓝二向色镜；8、汇聚物镜；9、准直透镜；10显示灰板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
实施例1
本实施例提供一种白色激光原理演示装置。
参见附图1，它为本实施例提供的白色激光原理演示仪的结构示意图，一种白色激光原理演示仪，工作波长分别为650nm、532nm和405nm的半导体激光器1、2和3发出红色、绿色和蓝色激光光束，在红光出射光路中放置偏振片4，在绿光出射光路中放置偏振片5，用于调整出射光强度，从而改变红绿蓝三色激光的强度比例。红色激光光束沿光路从左至右传播，先经过一片与光路成45°的透红反绿二向色镜6以高透过率透过，传播方向不变，绿色激光出射光路与红色激光出射光路垂直，绿色激光被透红反绿二向色镜6以高反射率反射后与红色激光光路合束为同方向的一路光束。红色和绿色激光合束后再经过一片与光路成45°的透红绿反蓝二向色镜7，蓝色激光被透红绿反蓝二向色镜7以高反射率反射后，与红绿激光合束为一束白色激光，再经物镜8汇聚、准直透镜9扩束形成一束具有一定口径的平行白色激光光束，显示在灰板10上。
采用本发明提供的演示仪进行白色激光产生原理的演示实验时，通过改变旋转光路中所设置的偏振片的方向，即可改变出射线偏光的强度，从而实现调整三路激光强度比例的目的。当红、绿、蓝三色激光强度比例调整恰当时，可观察到白色激光光束。旋转偏振片，改变三色激光的强度比例，可观察到不同颜色的激光光束。该演示仪较为直观地模拟了白色激光的形成过程和原理，便于理解，加深印象和记忆。

Claims (7)

1.一种白色激光产生原理的演示方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将由半导体激光器发出的红、绿激光经第一片二向色镜合束为一路激光光束；
（2）将半导体激光器发出的蓝色激光与步骤（1）得到的激光光束，通过第二片二向色镜，合束为一路激光光束；
（3）调整红、绿和蓝三色激光的强度比例，产生白色激光。
2.根据权利要求1所述的一种白色激光产生原理的演示方法，其特征在于：通过旋转偏振片调整红、绿和蓝三色激光强度的比例。
3.根据权利要求1所述的一种白色激光产生原理的演示方法，其特征在于：由第二片二向色镜合束为一路激光的光束，再经聚焦、扩束得到平行光束，在灰板上显示产生的白色激光。
4.一种白色激光产生原理的演示装置，其特征在于：在红色激光半导体激光器（1）和绿色激光半导体激光器（2）发出的激光束光路中，分别设置偏振片（4、5），经偏振片调整后的红色和绿色两路激光，通过透红反绿或透绿反红的第一片二向色镜（6）合束为一路激光束，再经与蓝色激光半导体激光器（3）发出的蓝色激光束，通过透红绿反蓝的第二片二向色镜（7），将它们合束为一路激光，再依次经物镜（8）聚焦和准直透镜（9）扩束，得到的平行光束在灰板（10）上显示。
5.根据权利要求4所述的一种白色激光产生原理的演示装置，其特征在于：所述红色激光半导体激光器（1）的工作波长为650nm，绿色激光半导体激光器（2）的工作波长为532nm，蓝色激光半导体激光器（3）的工作波长为405nm。
6.根据权利要求4所述的一种白色激光产生原理的演示装置，其特征在于：红色激光半导体激光器（1）和绿色激光半导体激光器（2）发出的激光束相互垂直，所述的第一片二向色镜（6）与光路成45°设置。
7.根据权利要求4所述的一种白色激光产生原理的演示装置，其特征在于：蓝色激光半导体激光器（3）发出的蓝色激光束，与经第一片二向色镜（6）合束为一路的激光束垂直，所述的第二片二向色镜（7）与光路成45°设置。
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