CN106611535A - 一种光学综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一光学综合实验装置，用以解决现有技术中存在进行多个物理光学实验时所需要使用的仪器繁多，且实施过程较为繁琐的问题。该实验装置主要包括：光源（1）、狭缝（2）、平行光管（3）、可拆卸的起偏器（4）、载物台（5）、中心转盘（6）、中心转轴（7）、传送带（8）、角度编码系统（9）、望远镜（11）、电荷耦合器件CCD成像系统（14）、位移传感器（15）、仪器底座（19）、望远镜支架（20）；该仪器上依次完成10多个实验内容，简化了进行多个实验时所需的实验仪器；避免耗费过多时间与精力，减低实现的复杂度，提升了实验的效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学综合实验装置。
背景技术
研究透明材料的折射率、双缝干涉、光栅衍射、单缝衍射、光的圆偏振和椭圆偏振、牛顿环观测等厚干涉、马吕斯定律、布儒斯特角、旋光等实验，基本涵盖了物理光学中光的折射、干涉、衍射及偏振等大部分实验；这些实验在物理光学教学中占有很重要的地位，对于学生观察光学现象以及掌握运用光学知识非常重要。
目前，现有的大学物理光学实验中，大部分是利用分光仪测量透明材料的折射率和光栅衍射；利用读数显微镜观察牛顿环的等厚干涉；利用光具座、光强测量仪和起偏器共同完成光的圆偏振和椭圆偏振、单缝衍射、双缝干涉等实验；利用旋光仪来测量旋光性溶液的旋光度。可见，在物理光学实验中，当进行多个物理光学实验时，需要利用多种独立的实验仪器才能实现，显然，这一过程所需要使用的仪器繁多，且实施过程较为繁琐；而且，学生需要多次课，花大量时间才能完成，由于实验条件缺乏或受实验时间限制，这不利于学生对知识的掌握。
发明内容
本发明实施例提供了一种光学综合实验装置，用以解决现有技术中存在进行多个物理光学实验时所需要使用的仪器繁多，且实施过程较为繁琐的问题。
本发明技术方案如下：
一种光学综合实验装置，包括：
光源（1）、狭缝（2）、平行光管（3）、可拆卸的起偏器（4）、载物台（5）、中心转盘（6）、中心转轴（7）、传送带（8）、角度编码系统（9）、望远镜（11）、电荷耦合器件CCD成像系统（14）、位移传感器（15）、仪器底座（19）、望远镜支架（20）；
其中，所述光源（1）设置在所述平行光管（3）的一端口，所述可拆卸的起偏器（4）设置在所述平行光管（3）的另一端口；所述角度编码系统（9）通过所述传送带（8）与所述中心转轴（7）配合转动；所述中心转轴（7）通过所述望远镜支架（20）与所述望远镜（11）连接，并配合所述望远镜（11）转动；所述CCD成像系统（14）和所述位移传感器（15）均设置在所述望远镜支架（20）上，且两者位置均可调。
可选地，该实验装置还包括：设置在所述望远镜支架（20）上的丝杆（12），所述丝杆（12）上设置有可移动的望远镜（11）和位移传感器（15）；
所述CCD成像系统（14）设置在所述望远镜（11）上。
可选地，所述丝杆（12）的一端设置有测微手轮（13），所述测微手轮（13）的旋转能够使得丝杆上的望远镜（11）和位移传感器（15）在水平方向同步移动。
可选地，所述位移传感器（15）用于测量望远镜（11）的位移或测量光干涉条纹的宽度。
可选地，该实验装置还包括：下位机系统（18）；其中，
所述下位机系统（18）通过导线（10）与角度编码系统（9）连接，用于将接收到的所述角度编码系统（9）传输来的信号转换为角度值；
所述下位机系统（18）通过导线（16）与位移传感器（15）连接，用于将接收到的所述位移传感器（15）传输来的信号转换为位移值；
所述下位机系统（18）通过导线（17）与CCD成像系统（14）连接，用于将接收到的所述CCD成像系统（14）传输来的信号转换为光强值。
可选地，所述下位机系统（18）包含能够显示信息的显示屏。
可选地，所述载物台（5）上放置双缝装置或牛顿环装置，以能够观察干涉现象并测量干涉条纹宽度。
可选地，所述载物台（5）上放置三棱镜装置或光栅装置，以能够观察并测量折射率、光栅常数、最小偏向角或衍射角。
可选地，所述平行光管（3）的出光口设置一可拆卸的起偏器（4），且在所述望远镜（11）前端设置一检偏器，以能够观察线偏振现象。
可选地，所述光源是具有多个波长段的可调节激光器。
本发明有益效果如下：
本发明采用上述方案，可在该仪器上依次完成10多个实验内容，简化了进行多个实验时所需的实验仪器；远镜系统绕中心轴转动的角度可以由角度编码器实现自动测量，也可以旋转测微手轮通过丝杠在水平方向左右移动，其位移量可通过位移传感器实现测量，大大扩展了望远镜系统的使用范围，既可以测量角度，又可以测量位移。测量角度、测量距离、测量光强都是通过传感器实现自动检测，实验现象清晰容易观察，仪器操作简单方便，对学生学习和认识传感器很有帮助，丰富和拓展了学生所学知识。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光学综合实验装置的结构示意图。
附图中各部件的含义：光源（1）、狭缝（2）、平行光管（3）、可拆卸的起偏器（4）、载物台（5）、中心转盘（6）、中心转轴（7）、传送带（8）、角度编码系统（9）、导线（10）、望远镜（11）、丝杆（12）、测微手轮（13）、电荷耦合器件CCD成像系统（14）、位移传感器（15）、导线（16）、导线（17）、下位机系统（18）、仪器底座（19）、望远镜支架（20）。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明所涉及的技术方案进行详细描述，本发明包括但并不限于以下实施例。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种光学综合实验装置的结构示意图，该实验装置主要包括：光源（1）、狭缝（2）、平行光管（3）、可拆卸的起偏器（4）、载物台（5）、中心转盘（6）、中心转轴（7）、传送带（8）、角度编码系统（9）、望远镜（11）、电荷耦合器件CCD成像系统（14）、位移传感器（15）、仪器底座（19）、望远镜支架（20）；
其中，所述光源（1）设置在所述平行光管（3）的一端口，所述可拆卸的起偏器（4）设置在所述平行光管（3）的另一端口；所述角度编码系统（9）通过所述传送带（8）与所述中心转轴（7）配合转动；所述中心转轴（7）通过所述望远镜支架（20）与所述望远镜（11）连接，并配合所述望远镜（11）转动；所述CCD成像系统（14）和所述位移传感器（15）均设置在所述望远镜支架（20）上，且两者位置均可调。
可选地，参照图1所示，该实验装置还包括：设置在所述望远镜支架（20）上的丝杆（12），所述丝杆（12）上设置有可移动的望远镜（11）和位移传感器（15）；所述CCD成像系统（14）设置在所述望远镜（11）上。
进一步，所述丝杆（12）的一端设置有测微手轮（13），所述测微手轮（13）的旋转能够使得丝杆上的望远镜（11）和位移传感器（15）在水平方向同步移动。
基于上述的结构，当望远镜（11）和位移传感器（15）随着测微手轮（13）的旋转在水平方向上同步移动时，所述位移传感器（15）可用于测量望远镜（11）的位移或测量光干涉条纹的宽度。
进一步，本申请中的实验装置还包括：下位机系统（18）；其中，参照图1所示，所述下位机系统（18）通过导线（10）与角度编码系统（9）连接，用于将接收到的所述角度编码系统（9）传输来的信号转换为角度值；所述下位机系统（18）通过导线（16）与位移传感器（15）连接，用于将接收到的所述位移传感器（15）传输来的信号转换为位移值；所述下位机系统（18）通过导线（17）与CCD成像系统（14）连接，用于将接收到的所述CCD成像系统（14）传输来的信号转换为光强值。
此外，所述下位机系统（18）还包含能够显示信息的显示屏，用以对转换后的数据信息进行展示。
其实，在具体的实验过程中，所述载物台（5）上可放置双缝装置或牛顿环装置，以能够观察干涉现象并测量干涉条纹宽度。
另外，所述载物台（5）上还可以放置三棱镜装置或光栅装置，以能够观察并测量折射率、光栅常数、最小偏向角或衍射角。
或者，基于上面的任一种放置策略，所述平行光管（3）的出光口设置一可拆卸的起偏器（4），且在所述望远镜（11）前端设置一检偏器，以能够观察线偏振现象下的干涉现象或折射现象或者衍射现象。
在本发明中，所述光源是具有多个波长段的可调节激光器。
下面通过几个具体的实施例对本申请所涉及的综合实验装置进行简单说明。
实施例一
测量双缝干涉、用牛顿环观察等厚干涉现象这2个实验，如图1所示，平行光管（3）固定在仪器底座（19）上，双缝装置或牛顿环装置放在载物台（5）中央，光源（1）发出的光通过平行光管（3）照射到双缝装置或牛顿环装置后，可以形成相应的光干涉现象，分别为双缝干涉、等厚干涉；此现象进一步还可以通过CCD成像系统（14）观察到明暗相间的条纹，望远镜支架（20）与中心转轴（7）固定不动，而转动测微手轮（13），使望远镜（11）和CCD成像系统（14）在丝杆（12）上水平移动，用位移传感器（15）测量对应的光干涉条纹的宽度，并传输给下位机系统（18）进行处理，待处理完毕之后将其宽度值显示；已知测量的距离，即可根据对应实验给定的光干涉的条件，完成对不同光波长，曲率半径的测量要求。
实施例二
对于测量玻璃棱镜的折射率、光栅常数这2个实验，将三棱镜、光栅放在载物台（5）中央，光源（1）发出的光通过平行光管（3）照射到三棱镜、光栅后，可以形成相应的光学现象，固定望远镜（11）的水平位置，转动望远镜支架（20），使望远镜（11）和CCD成像系统（14）同时转动，可以观察对应的光学现象，通过角度编码系统（9）测量望远镜（11）带动中心转轴（7）旋转的角度，并传输给下位机系统（18）进行处理，待处理完毕之后显示；后续即可以测量最小偏向角和衍射角，即可完成对于实验项目的数据测量要求。
实施例三
对于单缝衍射、马吕斯定律、布儒斯特角、旋光度、圆偏振和椭圆偏振这6个实验，需要在平行光管（3）的出光口安装一个可拆卸的起偏器（4），可拆卸的起偏器（4）可把对应的光源（1）变为线偏振光，照射到单缝、旋光溶液等实验装置上，在望远镜（11）前端安装带有角度盘的检偏器，旋转望远镜（11）和CCD成像系统（14）可以观察对应的光学现象，角度编码系统（9）把需要测量的角度测出，CCD成像系统（14）把对应要检测的光强度值测量，根据实验条件，即可完成对应的实验内容的验证。
本发明采用上述方案，可在该仪器上依次完成10多个实验内容，而且学生还可以自主设计实验，覆盖了基础光学实验的所有项目，对学生掌握和运用光学知识有极大的提高，且将所有的光学实验所需要的实验条件综合在1台仪器上，为实验室节省了场地空间，为学生节省了学习时间；最为关键的是简化了进行多个实验时所需的实验仪器。
望远镜绕中心轴转动的角度可以由角度编码器实现自动测量，也可以旋转测微手轮通过丝杠在水平方向左右移动，其位移量可通过位移传感器实现测量，大大扩展了望远镜的使用范围，既可以测量角度，又可以测量位移。
测量角度、测量距离、测量光强都是通过传感器实现自动检测，实验现象清晰容易观察，仪器操作简单方便，对学生学习和认识传感器很有帮助，丰富和拓展了学生所学知识。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种光学综合实验装置，其特征在于，包括：
光源（1）、狭缝（2）、平行光管（3）、可拆卸的起偏器（4）、载物台（5）、中心转盘（6）、中心转轴（7）、传送带（8）、角度编码系统（9）、望远镜（11）、电荷耦合器件CCD成像系统（14）、位移传感器（15）、仪器底座（19）、望远镜支架（20）；
其中，所述光源（1）设置在所述平行光管（3）的一端口，所述可拆卸的起偏器（4）设置在所述平行光管（3）的另一端口；所述角度编码系统（9）通过所述传送带（8）与所述中心转轴（7）配合转动；所述中心转轴（7）通过所述望远镜支架（20）与所述望远镜（11）连接，并配合所述望远镜（11）转动；所述CCD成像系统（14）和所述位移传感器（15）均设置在所述望远镜支架（20）上，且两者位置均可调。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
设置在所述望远镜支架（20）上的丝杆（12），所述丝杆（12）上设置有可移动的望远镜（11）和位移传感器（15）；
所述CCD成像系统（14）设置在所述望远镜（11）上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述丝杆（12）的一端设置有测微手轮（13），所述测微手轮（13）的旋转能够使得丝杆上的望远镜（11）和位移传感器（15）在水平方向同步移动。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述位移传感器（15）用于测量望远镜（11）的位移或测量光干涉条纹的宽度。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：下位机系统（18）；其中，
所述下位机系统（18）通过导线（10）与角度编码系统（9）连接，用于将接收到的所述角度编码系统（9）传输来的信号转换为角度值；
所述下位机系统（18）通过导线（16）与位移传感器（15）连接，用于将接收到的所述位移传感器（15）传输来的信号转换为位移值；
所述下位机系统（18）通过导线（17）与CCD成像系统（14）连接，用于将接收到的所述CCD成像系统（14）传输来的信号转换为光强值。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述下位机系统（18）包含能够显示信息的显示屏。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载物台（5）上放置双缝装置或牛顿环装置，以能够观察干涉现象并测量干涉条纹宽度。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载物台（5）上放置三棱镜装置或光栅装置，以能够观察并测量折射率、光栅常数、最小偏向角或衍射角。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述平行光管（3）的出光口设置一可拆卸的起偏器（4），且在所述望远镜（11）前端设置一检偏器，以能够观察线偏振现象。
10.如权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述光源是具有多个波长段的可调节激光器。
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