CN2164086Y

CN2164086Y - 光强分布图示测量仪

Info

Publication number: CN2164086Y
Application number: CN 93234208
Authority: CN
Inventors: 文建国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1994-05-04
Anticipated expiration: 2003-06-21

Abstract

本实用新型涉及一种光学仪器，它将光电转换器件装入一开有小孔的暗盒中，光的干涉、衍射条纹通过小孔投射在光电转换器件上，从而得到与光强分布对应的电压信号，此信号可用通用示波器进行显示，波动光学中所有与强度分布有关的基本实验都可在此仪器上进行。它不仅可以定量测量条纹的相对光强还可以精确到测量干涉、衍射条纹的宽度，其读数精度可达微米数量级。它可用白光光源或激光光源做实验。

Description

本实用新型涉及一种光学实验装置，特别是一种光强分布图示测量仪。

光的波动理论于十九世纪初就以压倒的优势战胜了微粒学说。可是至今为止，大专院校物理实验室内没有很好的能适合于课堂演示，又适合于分组实验的波动光学方面的仪器，与本实用新型最为接近的仪器是激光光学演示仪和实时光强分布测量仪，前者不能显示条纹的光强分布图，后者不能精确测量条纹宽度，而且两者都必须用激光作光源，具体装置与光学教科书中叙述的相差较大。

本实用新型的目的在于提供一种既能演示波动光学中的现象，又能对这些现象作定量测量的光强分布图示测量仪。

本实用新型是用如下方式完成的：它包括在长条形的底座［2］上依次装有光源［3］、单缝片［5］、透镜［4］、光栅片［6］、透镜［4］，光源［3］发出的光信号经过单缝片［5］上的狭缝和透镜［4］以及光栅片［6］上的狭缝和透镜［4］后，产生衍射或干涉图样光信号，其特征是在底座［2］上的透镜［4］之后装有开孔暗盒［1］，上述图样光信号经过暗盒［1］上的孔照在暗盒［1］中的电荷耦合器CCD的受光窗口上；移位寄存器IC₁输出端CL接收振荡电路输出的脉冲信号后，移位寄存器IC₁输出三路脉冲信号φ₁φ₂φ₃作为电荷耦合器CCD的驱动脉冲信号，其中一路驱动脉冲信号φ₂还作为脉冲计数器IC₂的CP控制脉冲信号脉动计数器IC₂的输出信号经与非门I₁后，输出至电荷耦合器CCD的转移信号端φ_X，电荷耦合器CCD在驱动脉冲信号φ和转移信号φ的作用下，将其受光窗口上接收的图样光信号转换成与光强分布对应的电压信号OS，该电压信号OS经射极跟随器BG₁和放大器BG₂后输出至示波器的Y轴。振荡电路是由电阻R₁、R₂电容C₁以及二个串接的反相器I₂／6闭环构成的方波发生电路。电荷耦合器CCD的三路驱动脉冲信号是互差1／3周期，它是由移位器IC₁的三个输出端Q₁Q₂Q₃中的Q₂端串接反相器后提供三路互差1／3周期的驱动脉冲信号。电荷耦合CCD是线阵或面阵的固体图象传感器。

本实用新型光强分布图示测量仪既可用白光也可用激光作光源，波动光学中的三大主要内容干涉、衍射和偏振实验都可以在上面进行，不仅可以用来观察条纹，还可借助普通示波器来观察条纹的光强分布，并可用来对条纹的相对光强和条纹宽度进行定量测量，对条纹宽度测量的读数的精度达微米数量级，相对光强可分辨值达1％，用此仪器在已知波长的情况下可测狭缝宽度或测出狭缝后反过来求光波波长。上述这些特点目前的光学实验仪器无法全部具备。所以此实用新型对学生深入理解波动光学基本理论是非常有用的。

图1为光强分布图示测量仪的结构示意图

图2光电转换的电路图

图3为光源调节电路图

图4为白光的双缝衍射光强分布图

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

本实用新型光强分布图示测量仪，它包括在底座2上依次装有光源3、单缝片5、透镜4、光栅片6、透镜4及开孔暗盒1以及在开孔暗盒1内装有光电转换电路，光电转换电路是由电荷耦合器件CCD和与之配套的驱动电路构成。电路全部被开孔的暗盒1罩住，开孔暗盒1的作用是既能接收有用的光信号又能减少环境光的影响。底座2由铸铁或槽钢制成，在这里起光具座的作用，但比一般的光具座轻巧，安装配件及调节都方便，光源3是可调光源，它采用3.8V的手电灯泡作光源，前面加一块聚光镜用来集成光能，其光强的调节电路由大功率三极管BG₃的集电极上串接光源灯La，调节BG₃基极串接电阻R₉构成。如图3所示。本实用新型用到两块镀有金属的玻璃刻缝片，每块刻有宽度不同的透光狭缝，或刻有间距与宽度都不同的透光狭缝组构成单缝片5和光栅片6，它们分别被装在一支持板上后再装在底座上。安装在底座上的透镜可沿光轴方向和垂直方向调节位置。做实验时可采用干电池供电，光通过靠近暗盒1的光栅片6、透镜4、后产生衍射或干涉图样光信号，此图样光信号可直接在暗盒边的白色小屏幕上进行观察，也可借助暗盒1中的电荷耦合器CCD将图样的光强分布显示在普通波器上，并可对此图形进行定量测量。

该实用新型是由光电转换暗盒1、底座2，强度可调光源3透镜4，单缝片5，光栅片6构成，如图1所示。底座2长约700mm，其中沿纵向开有一条宽约15mm的槽，套座8由紧固螺母9固定在底座2的槽上，旋松紧固螺母9，后套座8可沿底座2上的槽前后推动，如图1所示，套座8上装支杆14，在支杆14上装光源3、透镜4、单缝片5和光栅片6的支持板13、透镜4、支杆14由止定螺钉10固定，在套座8上旋松止定螺钉10后可调节光源3，透镜4，支持板13的上下位置，单缝片5和光栅片6还需上下调节以换用不同的狭缝和狭缝组，此调节由支持板13上的凸轮12完成，底座2内装有调光电路11，调光旋钮7用来调节光的强弱。

在暗盒1内部光电转换电路如图2所示，图中IC₁为四级并入并出移位寄存器，可用CD4035型集成电路，在这里它主要起产生满足一定时序要求脉冲的作用，其输入端CL接方波产生电路的输出端，方波电路是由二个串接的反相器I₂／0和电阻R₁、R₂电容C₁闭环构成，如图2所示。IC₁的输出端Q₁Q₃作为光电耦合器CCD的两路驱动脉冲，第三路驱动脉冲由IC₁的输出端Q₂经反相器I2／6后提供，这样就为CCD器件提供了一组三路相差1／3周期的驱动脉冲信号φ₁φ₂φ₃，电荷耦合器CCD采用512位线阵的固体图象传感器。IC₁的Q₃输出端兼作脉动计数器IC₂的CP控制脉冲，IC₂采用CD4040集成电路，IC₂的输出信号至八输入端与非门I₁后输出产生CCD器件所需要的转移信号脉冲φ_X与非门I₁采用CD4068，图2中反相器I₂是6反相器集成块采用CD4009，每一反相器均标注为I2／6，电荷耦合器CCD在驱动脉冲信号φ和转换信号φ_X的作用下，将受光窗口接收的光信号转换为与光强分布对应的电压信号OS，经射极跟随器BG₁后，加至放大电路BG₂的输入端，BG₁为射随电路的三极管，BG₂为放大电路的三极管，此电路为标准型不多述，如图2所示，BG₂的输出端OUT接示波器的Y轴。

图3为光强调节电路，改变R₉的数值即可改变BG₃的集电极电流，从而改变通过灯泡La的电流，使光强改变，BG₃为普通大功率三极管。

图4为用白光做的双缝衍射光强分布图，双缝的缝宽a与光栅带数d的关系为a＝d／2，可见由于缝间干涉，在单缝的零级包络内出现了三条明纹。

Claims

1、一种光强分布图示测量仪，它包括在长条形的底座[2]上依次装有光源[3]、单缝片[5]、透镜[4]、光栅片[6]、透镜[4]，光源[3]发出的光信号经过单缝片[5]上的狭缝和透镜[4]以及光栅片[6]上的狭缝和透镜[4]后，产生衍射或干涉图样光信号，其特征是在底座[2]上的透镜[4]之后装有开孔暗盒[1]，上述图样光信号经过暗盒[1]上的孔照在暗盒[1]中的电荷耦合器CCD的受光窗口上；移位寄存器IC₁输出端CL接收振荡电路输出的脉冲信号后，移位寄存器IC₁输出三路脉冲信号φ₁φ₂φ₃作为电荷耦合器CCD的驱动脉冲信号，其中一路驱动脉冲信号φ₂还作为脉冲计数器IC₂的CP控制脉冲信号脉动计数器IC₂的输出信号经与非门I₁后，输出至电荷耦合器CCD的转移信号端φ_X，电荷耦合器CCD在驱动脉冲信号φ和转移信号φ_X的作用下，将其受光窗口上接收的图样光信号转换成与光强分布对应的电压信号OS，该电压信号OS经射极跟随器BG₁和放大器BG₂后输出至示波器的Y轴。

2、根据权利要求1所述测量仪，其特征在于振荡电路是由电阻R₁、R₂电容C₁以及二个串接的反相器I₂／6闭环构成的方波发生电路。

3、根据权利要求1所述测量仪，其特征在于电荷耦合器CCD的三路驱动脉冲信号是互差1／3周期，它是由移位器IC₁的三个输出端Q₁Q₂Q₃中的Q₂端串接反相器后提供三路互差1／3周期的驱动脉冲信号φ。

4、根据权利要求1所述测量仪，其特征在于电荷耦合CCD是线阵或面阵的固体图象传感器。