CN107798976A - 一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于实验教学设备领域，具体涉及一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置。包括一底部光学平板，所述的光学平板上设有一光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜、分光棱镜、接收显示单元，所述的分光棱镜设置在光学平板的中间处，接收显示单元、光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜围绕分光棱镜设置，本技术方案的优势为尺寸小，方便携带，利用彩色CCD采集图像，便于多种教学场合进行大屏幕投影演示光路原理，便于教师讲解。采用立方体分光棱镜代替传统迈克尔逊干涉仪的分束板和补偿板，使光路原理更加清晰明了，便于学生理解，并且可以通过改变分束棱镜的参数，进行多种光学干涉实验的设计。

Description

一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置

技术领域

本发明属于实验教学设备领域，具体涉及一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置。

背景技术

公知的迈克尔逊干涉仪是由美国实验物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”飘逸而设计制造出来的精密光学仪器。它利用分振副法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。现有的干涉实验装置存在着以下缺点：

1、仪器笨重，不便携带，无法应用于大教室课堂教学的光路演示，不便于教师讲解光路原理，而且功能比较单一。

2、回程误差过大，导致白光干涉调节困难，现象不易找回，限制了实验测量应用。

3、分光元件均采用平板玻璃，必须增加补偿板才可以方便找到零光程差位置，不利于学生理解光路的核心原理。

4、仪器部件不可拆卸，不便于增加扩展组件进行多种类型实验的测量。

5、图像观察方式均采用眼睛直视，易造成眼睛伤害，且图像视野小，不便于精确观察条纹变化。

6、均采用He-Ne激光器作为主要光源，未将光源集成到仪器中，占用空间大，且不够稳定。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，具体方案如下：包括一底部光学平板，所述的光学平板上设有一光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜、分光棱镜及接收显示单元，所述的分光棱镜设置在光学平板的中间处，接收显示单元、光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜围绕分光棱镜固定设置，且彼此独立。

进一步地，所述的光源机构位于分光棱镜的后面，第一平面反射镜设置在光源结构的前方，第二平面反射镜设置在光源结构的右侧，接收显示单元位于分光棱镜的左侧。

进一步地，所述的第一平面反射镜与第二平面反射镜分别通过一调节机构固定在所述的光学平板上，所述的调节机构可以调节其对应的平面反射镜的角度，以及与光源机构的距离。

进一步地，所述的调节机构包括一底部平移台，平移台的后端设有前后调节旋钮，上端面上设有固定架，固定架的左侧上部设有一垂直调节机构，右侧下部同样设有一水平调节机构,所述的垂直调节机构与水平调节机构结构相同，分别包括一调节杆与一调节旋钮，调节旋钮固定在调节杆的尾端，调节杆头端穿过固定架，并可在固定架内前后调节移动；所述的调节机构还包括一平面镜架与一压簧，平面镜固定在镜架上，压簧一端与镜架连接，另一端与固定架连接。

进一步地，所述的接收显示单元，包括一接收器与电脑显示屏，所述的接收器与显示器连接。

进一步地，所述的光源机构采用半导体激光器作为光源，体积小，性能稳定且成本低廉。

进一步地，所述的接收器由一镜头连接一CCD组成，镜头朝向分光棱镜方向。

进一步地，还设有一显示屏切换机构，所述的切换结构包括一支架，摄像头及视频切换盒，所述的支架立在光学平板上，摄像头安装在支架上，摄像头朝向分光棱镜处，摄像头通过一同轴电缆连接到视频切换盒上，接收器同样通过一条同轴电缆连接到视频切换盒上。

进一步地，该装置还可以用来测量待测棒体磁致伸缩系数，包括一调节架，调节架上设有一棒体，此棒体为金属材料，为磁致伸缩材料，棒体前端固定有第二平面反射镜；调节架上设有一带有轱辘托座的线圈，轱辘托座上设有通孔，所述的棒体穿过通孔固定在调节架上；调节架一侧设有一直流稳压电源，线圈与直流稳压电源通过导线串联。

进一步地，在线圈与直流稳压电源之间串联一电阻，用以保护整个电路的稳定。

进一步地，所述的棒体与调节架螺纹连接，棒体在调节架上可前后调节移动。

本发明的优势在于：

1、尺寸小，方便携带，利用彩色CCD采集图像，便于多种教学场合进行大屏幕投影演示光路原理，便于教师讲解。

2、本装置采用立方体分光棱镜代替传统迈克尔逊干涉仪的分束板和补偿板，使光路原理更加清晰明了，便于学生理解，并且可以通过改变分束棱镜的参数，进行多种光学干涉实验的设计。

3、采用立方体分束棱镜作为分束器，可方便地将透明介质引入到光路中，如将固体薄膜或液体介质吸附于分束棱镜的一个面，进行介质折射率、厚度等参数测量的创新实验设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为调节结构的主视图；

图3为调节结构是左视图；

图4为调节架的结构式示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的方便教学，便于多种教学场合进行大屏幕投影演示光路原理，便于教师讲解。本发明提供了一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，具体方案如下：包括一底部光学平板1，所述的光学平板1上设有一光源机构2、第一平面反射镜3、第二平面反射镜4、分光棱镜5及接收显示单元，分光棱镜5设置在光学平板1的中间处，接收显示单元、光源机构2、第一平面反射镜3、第二平面反射镜4围绕分光棱镜5设置，具体位置为，光源机构3位于分光棱镜5的后侧，第一平面反射镜3设置在光源结构2的前方，第二平面反射镜4设置在光源结构2的右方，接收显示单元位于分光棱镜5的左侧。

作为方案的改进，如图2所示，更好的调节两个平面反射镜的角度，这里我们可以针对每个平面反射镜均设置一个调节机构，所述的调节机构包括一底部平移台6，平移台6的后端设有前后调节旋钮7，通过调节旋钮7可以调节整个平移台6的前后移动，即调节平移台6距离分光棱镜5的远近。平移台6的上端面上设有固定架8，固定架8的左侧上部设有一垂直调节结构81，右侧下部设有一水平调节机构82,所述的垂直调节机构81与水平调节机构82结构相同，分别包括一调节杆85与一调节旋钮86，调节旋钮86固定在调节杆85的尾端，调节杆85的头端穿过固定架8，通过调节旋钮86的旋转可以使得调节杆85在固定架8的穿孔内旋进旋出前后调节移动。所述的调节机构还包括一平面镜架83与一压簧84，第一平面镜或者第二平面镜固定在镜架83上，压簧84一端与镜架83连接，另一端与固定架8连接。本装置中，前后调节旋钮7设置在底部平移台6上，可以调节整个平台的前后移动，进而调节了其上的平面镜距离分光棱镜的距离，垂直调节机构81用于调节的左侧距离分光棱镜5的距离，水平调节机构82用于调节平面镜的右侧距离分光棱镜5的距离，当平面镜的左右侧距离分光棱镜5的距离相同的时候，平面镜则为水平设置，二者距离不同则平面镜处于一定倾斜角度。具体操作为，调节旋钮86转动，将调节杆85的头端与镜架83接触，通过分别调节垂直调节机构81与水平调节机构82的调节杆的长度，进而调节平面镜的角度。

作为方案的改进，所述的接收显示单元，包括一接收器9与电脑显示屏10，所述的接收器9与显示屏10连接，所述的接收器9由一镜头91(即摄像头)连接一CCD92组成，镜头朝向分光棱镜5方向。

作为方案的改进，还设有一显示屏10切换机构，所述的切换结构包括一支架11，摄像头12及视频切换盒13，所述的支架11立在光学平板1上，摄像头12安装在支架上，摄像头12下方朝向分光棱镜5处；同时接收器9同样连接到视频切换盒，在本装置中两个摄像头(即摄像头12与摄像头91)均可通过一同轴电缆连接到视频切换盒13上。也可以在支架上11上设有一光源，用于对分棱镜5区域进行照明。这样可以教学过程中，对两个摄像头所采集的信息在显示屏10上可通过开关进行随时切换。

如图4所示，该装置还可以用来测量待测棒体磁致伸缩系数，包括一调节架14，调节架14上设有一棒体15，棒体15前端固定有第二平面反射镜4；调节架14上设有一带有轱辘托座的线圈16，轱辘托座上设有通孔，所述的棒体15穿过通孔固定在调节架14上；调节架14一侧设有一直流稳压电源17，线圈16与直流稳压电源17通过导线串联。打开直流稳压电源17,将线圈16通入电流，这里的线圈16采用漆包铜线，通电后，线圈16周围产生磁场，棒体在磁场的作用下产生微小的伸缩，带动棒体15上前端平面镜发生微小位移，利用白光干涉测量此微小位移量，即可计算出棒体的磁致伸缩系数。

作为方案的改进，在线圈16与直流稳压电源17之间串联一电阻18，用以保护整个电路的稳定。

作为方案的改进，所述的棒体15与调节架14螺纹连接，棒体15在调节架上14可前后调节移动。

在本实验装置中，各部件与底部光学平板1的连接均采用可拆卸的连接方式，例如采用螺丝等连接固定方式，解决了仪器部件不可拆卸，不便于增加扩展组件进行多种类型实验的测量。

利用本装置进行实验教学来调节测量钠光波波长，具体操作为：

1.调节试验台即光学平板水平，将立方体棱镜至于平台上，并使棱镜的两个面到两个平面镜的距离大致相等。

2.将镜头移开，可先用白屏承接像(白屏显示更容易观察)，屏上会出现两个最亮的光斑，调节平面镜的角度使两光斑完全重合，发生干涉现象，出现明显干涉条纹

3.移走白屏用镜头接收干涉条纹，切换视频切换盒，使显示器显示干涉条纹，调节平面镜平移台微调旋钮，干涉条纹会发生吞吐，记录条纹移动数N，记录微调旋钮调节距离d。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：包括一底部光学平板，所述的光学平板上设有一光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜、分光棱镜及接收显示单元，所述的分光棱镜设置在光学平板上的中间处，接收显示单元、光源机构、第一平面反射镜、第二平面反射镜围绕分光棱镜固定设置。

2.如权利要求1所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的光源机构位于分光棱镜的后面，第一平面反射镜设置在光源结构的前方，第二平面反射镜设置在光源结构的右侧，接收显示单元位于分光棱镜的左侧。

3.如权利要求1所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的第一平面反射镜与第二平面反射镜分别通过一调节机构固定在所述的光学平板上。

4.如权利要求3所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的调节机构包括一底部平移台，平移台的后端设有前后调节旋钮，上端面上设有固定架，固定架的左侧上部设有一垂直调节机构，右侧下部设有一水平调节机构；所述的垂直调节机构与水平调节机构结构相同，分别包括一调节杆与一调节旋钮，调节旋钮固定在调节杆的尾端，调节杆头端穿过固定架，可在固定架内前后移动；所述的调节机构还包括一平面镜架与一压簧，平面镜固定在镜架上，压簧一端与镜架连接，另一端与固定架连接。

5.如权利要求1所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的接收显示单元，包括一接收器与电脑显示屏，所述的接收器与显示器连接。

6.如权利要求4所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的接收器由一镜头连接一CCD组成，镜头朝向分光棱镜方向。

7.如权利要求1所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：还设有一显示屏切换机构，所述的切换结构包括一支架，摄像头及视频切换盒，所述的支架立在光学平板上，摄像头安装在支架上，摄像头向下朝向分光棱镜处，摄像头通过一同轴电缆连接到视频切换盒上，接收器同样通过一条同轴电缆连接到视频切换盒上。

8.如权利要求2所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：还包括一调节架，调节架上设有一棒体，棒体前端固定有第二平面反射镜；调节架上设有一带有轱辘托座的线圈，轱辘托座上设有通孔，所述的棒体穿过通孔固定在调节架上；调节架一侧设有一直流稳压电源，线圈与直流稳压电源通过导线串联。

9.如权利要求8所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：在线圈与直流稳压电源之间串联一电阻。

10.如权利要求8所述的一种便携式模块化迈克尔逊干涉实验装置，其特征在于：所述的棒体与调节架螺纹连接，棒体在调节架上可前后调节移动。