CN205080814U - 一种集成式波动光学实验箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种集成式波动光学实验箱，包括借助铰链和锁扣拼接而成的长方体的箱体以及限位在箱体内的光学元件，还包括均布有定位孔的底座、设有锁紧螺母的定位套筒以及夹持光学元件的限位夹，所述限位夹设有与定位孔匹配的滑杆，所述滑杆在定位套筒内具有滑动自由度、借助锁紧螺母形成光学元件的高度调节机构；所述光学元件借助设有限位夹、定位套筒和线性排布的定位孔在底座上组成精密的光路系统。本实用新型构紧凑、体积较小、组装快捷、光路精度高、便于携带。
Description
技术领域
本实用新型属于教具领域，具体涉及一种物理学教具，尤其是一种集成式波动光学实验箱。
背景技术
在波动光学的课程中，包括双缝干涉、单缝衍射、组合衍射、光栅衍射、圆孔衍射、常见图形（长方形、三角形、六边形）的衍射以及光的偏振实验等，由于演示实验器材多，实验操作复杂不易调试、实验过程对于光路精度要求高，导致器材携带不便，教员很难做到用一套实验设备同时演示多个实验，学员也不能很直观地理解光学波动实验。另外，在物理实验的教学过程中，很少有涉及人眼最小分辨率的演示实验，以至于有很多学生对于人眼分辨率的理解不直观深入，难以体现教学效果。
现有的组合光学演示实验组合箱，占用空间较大，演示项目内容较少，不能很好地为理论教学服务。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、体积较小、组装快捷、光路精度高、便于携带的集成式波动光学实验箱，其将各实验器材分区放置、定位，并借助设有高精度预制孔的底板形成高精度的光路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种集成式波动光学实验箱，包括借助铰链和锁扣拼接而成的长方体的箱体以及限位在箱体内的光学元件，还包括均布有定位孔的底座、设有锁紧螺母的定位套筒以及夹持光学元件的限位夹，所述限位夹设有与定位孔匹配的滑杆，所述滑杆在定位套筒内具有滑动自由度、与锁紧螺母配合形成光学元件的高度调节机构。所述光学元件借助设有限位夹、定位套筒和线性排布的定位孔在底座上组成精密的光路系统。
优选的，所述箱体的顶板内侧定位有分辨率演示板，所述分辨率演示板上设有借助各自开关或总开关与电源通或断连接的9组LED光源，所述9组光源分别由间距为0.895mm、1.789mm、2.684mm、3.578mm、4.473mm、5.368mm、6.262mm、7.157mm和8.051mm的两个LED灯构成。
由于完成这些实验所需的器材较多，为携带方便，节约空间，上述技术方案中将实验箱合理布局，设置带有定位孔的底座，既有利于各光学元件的标准化定位、也有利于组装高精度的光路系统。在进行演示实验时，只需根据实验要求更换光学镜片，借助高度调节结构，适当调节镜片的高度，即可进行实验，大大节约了实验调试时间。利用一套设备可演示双缝干涉、单缝衍射以及常见图形衍射等多个实验。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）利用该实验箱演示实验现象直观，有利于教学；（2）合理布局，便于携带：众多实验仪器收纳在一个箱子里，布局简单，设计合理；该实验箱在演示实验时，可将木箱展开平铺在桌子上，便于教学演示；实验结束后，又可将木板合成木箱，利用锁扣锁上，便于携带；（3）操作简单，可调性好：实验所用各仪器借助高度调节机构，根据实验要求精确调整，只需直接更换光学实验镜片或调整可调光阑，调试简单，节约时间；（4）功能丰富，综合性强：本实用新型的实验箱除了可以演示基本的双缝干涉、单缝衍射、组合衍射、光栅衍射、圆孔衍射、常见图形（长方形、三角形、六边形）衍射实验外，还可完成光的偏振实验以及人眼最小分辨角实验。
附图说明
图1是本实用新型展开状态的立体结构示意图；
其中，1-1、底板，1-2、侧板，1-3、顶板，2-1、激光器，2-2、扩束管，2-3、定位套筒，2-3-1、锁紧螺母，2-4、储物槽，2-5、凹槽，2-5-1、限位螺母，3、分辨率演示板，3-1、LED光源，4、底座，4-1、定位孔。
具体实施方式
参见图1，一种集成式波动光学实验箱，包括借助铰链和锁扣拼接而成的长方体的箱体以及限位在箱体内的光学元件，其特征在于还包括均布有定位孔4-1的底座4、设有锁紧螺母2-3-1的定位套筒2-3以及夹持光学元件的限位夹，所述限位夹设有与定位孔4-1匹配的滑杆，所述滑杆在定位套筒2-3内具有滑动自由度、借助锁紧螺母2-3-1形成光学元件的高度调节机构；所述光学元件借助设有限位夹、定位套筒2-3和线性排布的定位孔4-1在底座4上组成精密的光路系统。定位套筒2-3的下端设有与定位孔4-1配套的定位柱。
所述箱体包括底板1-1、借助铰链分别与底板1-1四个边连接的侧板1-2，以及借助铰链与其中一个侧板1-2的自由端连接的顶板1-3；所述底板1-1、侧板1-2和顶板1-3展开形成一个平面，借助锁扣组合成长方体状。实验时，将锁扣打开，底板1-1、侧板1-2和顶板1-3平铺，在底座4上、借助定位孔4-1将所需光学元件定位，形成高精度光路系统。所述定位孔4-1在底座4上呈矩形阵列排布。线性排布的定位孔有利于形成光路系统的组装。
限位夹的结构主要有两种结构，一种结构中包括与扩束管2-2等配套的圆弧形限位夹套和滑杆；另一种结构包括凵形凹槽2-5、以及设置在凹槽2-5侧壁上的限位螺母2-5-1，用于夹持各光学镜片，如光栅、双缝衍射镜片、单缝衍射镜片以及圆孔衍射镜片等。
所述箱体的顶板1-3内侧还定位有分辨率演示板3，所述分辨率演示板3上设有借助各自开关或总开关与电源通或断连接的9组LED光源3-1，所述9组光源分别由间距为0.895mm、1.789mm、2.684mm、3.578mm、4.473mm、5.368mm、6.262mm、7.157mm和8.051mm的两个LED灯构成。所述的分辨率演示板3配套的LED灯电源3-2定位在箱体的侧板1-2上。
利用瑞利判据，设人眼恰好能分辨两光源时的分辨角为θ，则由瑞利判据公式：
①
其中：为入射波长，D为人眼瞳孔直径,可得两光源之间的距离为：
②
其中，为人眼到光源的距离。
本实施例中光源选用容易识别的绿光，所以λ=550nm，人眼瞳孔直径为D=3mm，取每间隔2米有一组光源能够被识别，则ΔL=2m，计算出9组光源之间的距离分别为0.895mm、1.789mm、2.684mm、3.578mm、4.473mm、5.368mm、6.262mm、7.157mm、8.051mm。
先把九组光源的总开关打开，根据人到光源距离的不同，可从距离相近的光源开始，依次打开控制各自光源工作的开关，对比一下人眼对各组光源的识别程度。以此来进行人眼最小分辨角的演示实验。
所述箱体内还设有储物槽2-4，所述储物槽包括上开口的盒体和设置在盒体内、限位光学镜片的插槽。储物槽用于限位波动光学所需的各种光学镜片。
所述光学元件包括借助限位夹在底座4上限位的激光器2-1、扩束管2-2、可调光阑和光学镜片；与激光器2-1配套的激光电源2-1-1在底座上定位。所述试验箱内还包括白板显示屏以及偏振片。
本实用新型的实验箱可以演示光的干涉实验。
如双缝干涉实验，根据实验要求，从存放光学镜片的储存槽里取出满足要求的镜片，将其夹在带有凹槽2-5的限位夹上。打开激光器2-1，为使实验效果更加明显，在激光器2-1前加一个扩束管2-2，不断调节实验镜片的高度，直到实验效果清晰、明显，然后用限位螺母2-5-1限位。
同理，还可以光的衍射实验，如单缝衍射、光栅衍射、圆孔衍射、组合衍射、组合干涉以及常见图形衍射实验。
还可以进行光的偏振实验。将两偏振片调好位置固定在底座上带有限位螺母的限位夹上；将演示激光的起偏、检偏实验所需的激光器2-1定位；同理借助带有圆弧限位夹套的限位夹将演示白光或自然光的起偏、检偏实验所需的手电筒限位。进行实验时，只需调节两偏振片之间的角度，实验效果明显，光路精度更高，有利于学员对光的偏振实验中光的起偏和检偏的理解。
本实施例的实验箱还可以用于进行最小分辨角的演示。
综上所述，需要实验时，将箱体展开，利用底座上线性排布的定位孔、定位套筒2-3及限位夹将所需要的光学元件组装成高精度的光路系统进行演示。当实验完毕，只需要将各光学元件复位，用锁扣拼接成箱体，便于携带。
Claims (8)
1.一种集成式波动光学实验箱，包括借助铰链和锁扣拼接而成的长方体的箱体以及限位在箱体内的光学元件，其特征在于还包括均布有定位孔（4-1）的底座（4）、设有锁紧螺母（2-3-1）的定位套筒（2-3）以及夹持光学元件的限位夹，所述限位夹设有与定位孔（4-1）匹配的滑杆，所述滑杆在定位套筒（2-3）内具有滑动自由度、与锁紧螺母（2-3-1）配合形成光学元件的高度调节机构。
2.根据权利要求1所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述定位孔（4-1）在底座（4）上呈矩形阵列排布。
3.根据权利要求1所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述箱体的顶板（1-3）内侧定位有分辨率演示板（3），所述分辨率演示板（3）上设有借助各自开关或总开关与电源通或断连接的9组LED光源（3-1），所述9组光源分别由间距为0.895mm、1.789mm、2.684mm、3.578mm、4.473mm、5.368mm、6.262mm、7.157mm和8.051mm的两个LED灯构成。
4.根据权利要求1所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述箱体内还设有储物槽（2-4），所述储物槽（2-4）包括上开口的盒体和设置在盒体内、限位光学镜片的插槽。
5.根据权利要求4所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述光学元件包括借助限位夹在底座（4）上限位的激光器（2-1）、扩束管（2-2）、可调光阑，以及限位在出储物槽（2-4）中的光学镜片；与激光器（2-1）配套的激光电源（2-1-1）在底座上定位。
6.根据权利要求1所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述箱体包括底板（1-1）、借助铰链分别与底板（1-1）四个边连接的侧板（1-2），以及借助铰链与其中一个侧板（1-2）的自由端连接的顶板（1-3）；所述底板（1-1）、侧板（1-2）和顶板（1-3）展开形成一个平面，借助锁扣组合成长方体状。
7.根据权利要求3所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于所述的分辨率演示板（3）配套的LED灯电源（3-2）定位在箱体的侧板（1-2）上。
8.根据权利要求1所述的集成式波动光学实验箱，其特征在于还包括白板显示屏以及偏振片。
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|---|---|---|---|---|
| CN105792551A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种微波电路实训机箱 |
| CN106530917A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-22 | 河南机电高等专科学校 | 一种电学实物图教学模板装置 |
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