RU1781694C - Practice device for optics - Google Patents

Practice device for optics

Info

Publication number
RU1781694C
RU1781694C SU914906875A SU4906875A RU1781694C RU 1781694 C RU1781694 C RU 1781694C SU 914906875 A SU914906875 A SU 914906875A SU 4906875 A SU4906875 A SU 4906875A RU 1781694 C RU1781694 C RU 1781694C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plane
parallel
polaroid
optics
plate
Prior art date
Application number
SU914906875A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Ефимович Амстиславский
Original Assignee
Я.Е.Амстиславский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Я.Е.Амстиславский filed Critical Я.Е.Амстиславский
Priority to SU914906875A priority Critical patent/RU1781694C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1781694C publication Critical patent/RU1781694C/en

Links

Landscapes

  • Eye Examination Apparatus (AREA)

Abstract

Сущность изобретени : прибор содержит источник света, собирающую линзу, по- л ризационную часть, состо щую из пол роида-пол ризатора, толстой плоскопараллельной пластинки, выпиленной из одноосного кристалла параллельно оптической оси пол роида-анализатора, и экран наблюдени . Новое в приборе состоит в том, что он имеет вторую кристаллическую пластинку, идентичную первой, расположенную вслед за первой, поворот второй пластинки в своей плоскости на 90° и переход к компенсационному расположению по- звол ет добитьс  высокой степени временной когерентности перекрывающихс  пучков без монохроматизации первичного светового пучка и высокой степени их пространственной когерентности без ограничени  размеров освещающего источника и без использовани  фокусирующей оптики. Прибор позвол ет получить высококонтрастную прот женную  ркую и красочную интерференционную картину при любом удалении экрана наблюдени  и дать  сную интерпретацию природы  влени , исход  из соображений симметрии кристаллооптической системы. 1 ил.SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a light source collecting a lens, a polarization part consisting of a polaroid-polarizer, a thick plane-parallel plate cut from a uniaxial crystal parallel to the optical axis of the polaroid-analyzer, and an observation screen. New in the device is that it has a second crystalline plate identical to the first, located after the first, turning the second plate 90 ° in its plane in its plane. and the transition to a compensation arrangement allows one to achieve a high degree of temporal coherence of overlapping beams without monochromatization of the primary light beam and a high degree of spatial coherence without limiting the size of the illuminating source and without the use of focusing optics. The device allows one to obtain a high contrast, long, bright and colorful interference pattern at any distance from the observation screen and to give a clear interpretation of the nature of the phenomenon, based on symmetry considerations of the crystal optical system. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к учебно-нагл дным пособи м по физике и предназначено дл  получени  и демонстрации прот женной и  ркой картины интерференции в пол ризованных лучах немонохроматического (белого) света от кристаллооптической системы, выпиленной параллельно оптической оси.The invention relates to training materials in physics and is intended to obtain and demonstrate a long and bright picture of interference in polarized beams of non-monochromatic (white) light from a crystal-optical system cut out parallel to the optical axis.

Известен учебный прибор дл  демонстрации изохроматических полос от толстой (толщиной в несколько мм) кристаллической пластинки, выпиленной параллельно оптической оси, прин тый за прототип. Это устройство включает монохроматический источник света, конденсатор и фокусирующую линзу, пол ризатор, толстую кристаллическую пластинку, выпиленную параллельно оптической оси из одного кристалла (например, из исландского шпата), анализатор, систему проектирующих линз и экран наблюдени . Достоинством прототипа  вл етс  возможность получени  прот женной интерференционной картины в виде семейства изохроматических полос гиперболической формы. Вместе с тем, можно отметить следующие существенные недостатки прототипа. К освещающему источнику предъ вл ютс  очень жесткие требовани  в плане его монохроматичности , что св зано с необходимостью достижени  высокой степени временной когерентности перекрывающихс  пучков, имеющих сравнительно большую разность хода. По этой причине в качестве источника света в прототипе используетс  газоразр дна  лампа (например, натриева  или ртутна ), излучающа  отдельные спектральные линии, на одной из которых и ведетс  наблюдение картины, а остальные устран ютс  посредством подход щего светофильтра. Это обсто тельство существенно снижает светосильность устройства и делает малоVJA training device is known for demonstrating isochromatic stripes from a thick (several mm thick) crystalline plate cut parallel to the optical axis, adopted as a prototype. This device includes a monochromatic light source, a capacitor and a focusing lens, a polarizer, a thick crystalline plate cut parallel to the optical axis from a single crystal (e.g., Iceland spar), an analyzer, a projection lens system and an observation screen. An advantage of the prototype is the possibility of obtaining an extended interference pattern in the form of a family of isochromatic bands of a hyperbolic shape. However, we can note the following significant disadvantages of the prototype. The lighting source has very stringent requirements in terms of its monochromaticity, due to the need to achieve a high degree of temporal coherence of overlapping beams having a relatively large path difference. For this reason, a gas discharge lamp (e.g., sodium or mercury) is used as the light source in the prototype, emitting individual spectral lines, on one of which the pattern is observed, and the rest are eliminated by a suitable filter. This circumstance significantly reduces the speed of the device and makes little VJ

0000

ЈЈ

ЈьЈь

эффективным его использование в услови х большого помещени . Сравнительно большое в случае толстой пластинки поперечное смещение обыкновенного и необыкновенного пучков приводит к тому, что дл  достижени  достаточно высокой степени пространственной когерентности перекрывающихс  пучков необходимо либо резко уменьшить поперечные размеры освещающего источника, что уменьшает светосильность бистетиы и усложн ет осветительную часть прибора введением диафрагмы и дополнительной оптики, либо необходимо проводить наблюдение картины в фокальной плоскости вспомогательного объектива или отобразить эту плоскость на экран наблюдени , что требует введени  в прибор дополнительной проектирующей оптики, загроможда  прибор и дела  его менее свободным. Существенный недостаток прототипа в дидактическом плане св зан с трудност ми в объ снении наблюдаемого хода полос картины, ее геометрии, а стало быть и природы  влени  без привлечени  достаточно громоздких расчетов.its effective use in a large room. The relatively large transverse displacement of the ordinary and extraordinary beams in the case of a thick plate leads to the fact that in order to achieve a sufficiently high degree of spatial coherence of the overlapping beams, it is necessary either to sharply reduce the transverse dimensions of the illuminating source, which reduces the bistetia and complicates the illumination of the device by introducing a diaphragm and additional optics , or it is necessary to observe the picture in the focal plane of the auxiliary lens or display to place this plane on the observation screen, which requires the introduction of additional projection optics into the device, cluttering the device and making it less free. A significant drawback of the prototype in the didactic plane is associated with difficulties in explaining the observed course of the stripes of the picture, its geometry, and therefore the nature of the phenomenon without involving rather cumbersome calculations.

Все эти недостатки полнЪЪтью устране- ны в предлагаемом ниже учебном приборе по оптике. Прибор пoзвoл ef ffoTTy Pftb и наблюдать высококонтрастную прот женную и  ркую интерференционную картину в белом свете без монохроматизации светового пучка, без уменьшени  размеров освещающего источника и без использовани  проектирующей оптики. Таким образом, учебный прибор по оптике отличаетс  высокой све- тосильностью, сочетающейс  с простотой конструкции. Вместе с тем, осуществленный в учебном приборе по оптике переход от наблюдени  изохромат высоких пор дков к наблюдению изохромат самых первых пор дков (К О, 1, 2, 3 ...) позвол ет дать простую и  сную интерпретацию  влени  и геометрии картины на основе соображений симметрии, что обуславливает дидактические достоинства учебного прибора по оптике .All these shortcomings have been completely eliminated in the training instrument on optics proposed below. The device called ef ffoTTy Pftb to observe a high contrast extended and bright interference pattern in white light without monochromatization of the light beam, without reducing the size of the illuminating source and without the use of projection optics. Thus, the optics training device is distinguished by high luminosity combined with simplicity of design. At the same time, the transition from observation of high-order isochromats to observation of the very first-order isochromats (KO, 1, 2, 3 ...) carried out in an optical training device allows us to give a simple and clear interpretation of the phenomenon and geometry of the picture based on symmetry considerations, which determines the didactic advantages of the educational instrument in optics.

Целью изобретени   вл етс  повышение нагл дности путем увеличени  степени временной когерентности перекрывающихс  пучков без монохроматизации первичного светового пучка.The aim of the invention is to increase the clarity by increasing the temporal coherence of overlapping beams without monochromatizing the primary light beam.

Существенное конструктивное отличие учебного прибора по оптике от прототипа состоит в том, что вместо одной кристаллической пластинки, выпиленной параллельно оптической оси, в нем используют две пластинки, идентичные по своим размерам и геометрии, закрепленные в оправе так, что каждую из пластинок можно поворачивать в своей плоскости по часовой стрелке или против нее на нужный угол.A significant structural difference between the educational instrument in optics and the prototype is that instead of one crystalline plate, sawn parallel to the optical axis, it uses two plates, identical in size and geometry, fixed in the frame so that each of the plates can be rotated in its own plane clockwise or counterclockwise to the desired angle.

Услови  расщеплени  первичного светового пучка в такой системе существенноThe conditions for splitting the primary light beam in such a system are essential

разливаютс  в зависимости от взаимной ориентации оптических осей пластинок. При параллельной ориентации, которую можно назвать некомпенсациоиной, система вполне эквивалентна одной цельной пла0 стинке удвоенной толщины. При повороте одной из пластинок в своей плоскости на 90° (имеетс  в виду, что исходное расположение пластинок  вл етс  диагональным и угол между направлением пол ризатораare cast depending on the relative orientation of the optical axes of the plates. With a parallel orientation, which can be called uncompensated, the system is completely equivalent to one single plate of double thickness. When one of the plates rotates 90 ° in its plane (it is understood that the initial arrangement of the plates is diagonal and the angle between the direction of the polarizer

5 и направлением оптической оси пластинок ) и переходе к компенсационному расположению, при котором оптические оси пластинок ориентированы взаимно перпендикул рно , услови  расщеплени  корен0 ным образом измен ютс .5 and the direction of the optical axis of the plates) and the transition to a compensation arrangement in which the optical axes of the plates are oriented mutually perpendicularly, the splitting conditions radically change.

Уменьшение разности хода и образование системы полос самых первых пор дков интерференции (К 0,1,2,3,...) обеспечивает достижение высокой степени временнойThe reduction of the path difference and the formation of a system of bands of the very first orders of interference (K 0,1,2,3, ...) ensures the achievement of a high degree of temporary

5 когерентности перекрывающихс  пучков в немонохроматическом и даже - в белом свете . Возможность осуществлени  опыта в белом свете позвол ет, во-первых, упростить прибор за счет использовани  в качестве5 coherences of overlapping beams in non-monochromatic and even in white light. The possibility of carrying out the experiment in white light allows, firstly, to simplify the device by using as

0 источника света дешевой малогабаритной кинопроекционной лампы накаливани  вместо громоздкого маломощного газоразр дного источника линейчатого спектра. Во-вторых, наблюдение картины в белом0 light source of a cheap small-sized projection lamp incandescent instead of a bulky low-power gas-discharge source of a line spectrum. Secondly, observing a picture in white

5 свете обеспечивает возможность выделени  и установлени  хода нулевой полосы в силу ее ахроматичности. При параллельной ориентации пол ризатора и анализатора и диагональном расположении кристалличе0 ских пластин нулева  полоса оказываетс  неокрашенной (белой), а при повороте анализатора (или пол ризатора) на 90° она становитс  бархатно-черной. Име  в поле зрени  в качестве начала отсчета выдел 5 ющуюс  по своему виду нулевую полосу, можно непосредственно пр мым счетом определить пор док интерференции (число К) любой полосы. В-третьих, наблюдение  ркой и красочной картины в белом свете су0 щественно увеличивает эмоциональность демонстрации. Уменьшение поперечного смещени  лучей, возникающих при двойном лучепреломлении в кристаллооптиче- ской системе обуславливает возможность5 in the light provides the ability to isolate and establish the course of the zero band due to its achromaticity. With a parallel orientation of the polarizer and analyzer and a diagonal arrangement of the crystal plates, the zero band appears unpainted (white), and when the analyzer (or the polarizer) is rotated 90 °, it becomes velvet black. Having in the field of view, as a reference point, a zero band that is distinguished in appearance, it is possible to directly determine the interference order (number K) of any band directly. Thirdly, the observation of a bright and colorful picture in white light significantly increases the emotionality of the demonstration. A decrease in the transverse displacement of the rays arising from birefringence in a crystal-optical system makes it possible

5 достижени  высокой степени пространственной когерентности перекрывающихс  пучков при полном устранении фокусирующей оптики на выходе из прибора, что приводит к существенному упрощению конструкции прибора. При этом интерференционна  картина оказываетс  локализованной во всем окружающем пространстве и контрастна  система изохромат формируетс  при любом удалении экрана наблюдени , что увеличивает, так сказать, степени свободы прибора. Формирование картины с простирающейс  через все поле зрени  нулевой полосой существенно упрощает вы снение природы  влени .5 achieving a high degree of spatial coherence of overlapping beams with the complete elimination of focusing optics at the output of the device, which leads to a significant simplification of the design of the device. In this case, the interference pattern is localized in the entire surrounding space and the contrast system isochromat is formed at any distance from the observation screen, which increases, so to speak, the degree of freedom of the device. The formation of a pattern with a zero band extending across the entire field of vision greatly simplifies the nature of the phenomenon.

На чертеже показан прибор.The drawing shows the device.

Прибор содержит осветитель, состо щий из маломощной лампы накаливани  и проектирующего конденсора, пол ризационный узел, состо щий из пол роида-пол ризатора , двух кристаллических пластинок и пол роида-анализатора, и экран наблюдени , Осветитель и пол ризационна  система закреплены на общем основании. Детали пол ризационной системы закреплены в оправе, имеющей вид полого полуци- линдра с пазами, в которые открыто вложены закрепленные в круглых оправках светофильтр (оранжевое или светло-красное стекло), пол роид-пол ризатор, две кристаллические пластинки и пол роид- анализатор. Детали пол ризационной системы имеют указатели соответствующих направлений: кристаллические пластинки - указатели направлени  оптической оси, а пол роиды-указатели направлений пропускани . На чертеже дан общий вид учебного прибора по оптике. Здесь 1 - пластина-основание , на которой крепитс  осветитель и пол ризационна  система; 2 - выдвижной патрон осветител  с лампой 8 В, 20 Вт; 3 - кожух осветител ; 4 - объектив; 5 - светофильтр (оранжевое или светло-красное стекло); 6 - пол роид-пол ризатор; 7 - перва  кристаллическа  пластинка; 8 - втора  кристаллическа  пластинка; 9 - пол роид- анализатор; 10 - оправа дл  деталей пол ризационной системы.The device contains a illuminator consisting of a low-power incandescent lamp and a projecting condenser, a polarization unit consisting of a polaroid polarizer, two crystalline plates and a polaroid analyzer, and an observation screen, a Illuminator, and a polarization system are fixed on a common base. The details of the polarization system are fixed in a frame that looks like a hollow half-cylinder with grooves in which a light filter (orange or light red glass), a polaroid polarizer, two crystalline plates and a polaroid analyzer are openly attached to round mandrels. The details of the polarization system have indications of corresponding directions: crystalline plates — indications of the direction of the optical axis, and polaroid — indications of transmission directions. The drawing shows a General view of the educational instrument in optics. Here 1 is the base plate on which the illuminator and the polarization system are mounted; 2 - retractable lighter cartridge with lamp 8 V, 20 W; 3 - illuminator casing; 4 - lens; 5 - light filter (orange or light red glass); 6 - floor roid-polarizer; 7 - the first crystalline plate; 8 - second crystalline plate; 9 - gender analyzer; 10 is a frame for parts of a polarization system.

Опыт осуществл ют следующим образом .The experiment is carried out as follows.

Указатели пол роидов ориентируют вертикально, а указатели обеих кристаллических пластинок поворачивают на 45° Б одну и ту же сторону. В этом некомпенсационном расположении система из двух параллельно ориентированных пластинок эквивалентна  одной цельной пластинке удвоенной толщины. В нашем приборе используютс  идентичные плоскопараллельные пластинки исландского шпата, выпиленные параллельно оптической оси. Пластинки отработаны на плоскопарал- лельность до 2 мкм.The pointers of polaroids are oriented vertically, and the pointers of both crystalline plates rotate on the same side by 45 ° B. In this non-compensatory arrangement, a system of two parallel-oriented plates is equivalent to one solid plate of double thickness. Our device uses identical plane-parallel plates of Icelandic spar, cut parallel to the optical axis. The plates were worked out for plane parallelism up to 2 microns.

При освещении прибора немонохроматическим (белым) светом интерференционна  картина не формируетс . В ходе опыта демонстрируют, что при параллельной ори-. 5 ентации пластинок область перекрывани  световых пучков имеет равномерную освещенность . Отсутствие интерференционной картины на экране наблюдение обусловлено отсутствием временной и пространст0 венной когерентности перекрывающихс  пучков. Затем поворачивают указатель одной из кристаллических пластинок на 90° в своей плоскости до симметричной его ориентации под углом -45° к направлению пол 5 ризатора,т.е. переход тккомпенсационному расположению.. При этом резко уменьшаютс  разность хода и смещени  лучей, возникающих при двойном лучепреломлении в кристаллооптической системе и возрастаетWhen the device is illuminated with non-monochromatic (white) light, an interference pattern does not form. In the course of the experiment, they demonstrate that with parallel ori-. 5 of the plate orientation, the overlapping region of the light beams has uniform illumination. The absence of an interference pattern on the observation screen is due to the lack of temporal and spatial coherence of overlapping beams. Then the pointer of one of the crystalline plates is rotated 90 ° in its plane to its symmetrical orientation at an angle of -45 ° to the direction of the polarizer 5, i.e. transition to the compensating arrangement .. In this case, the difference in the path and displacement of the rays arising from birefringence in the crystal-optical system sharply decreases and increases

0 степень временной и пространственной когерентности перекрывающихс  пучков, что и обуславливает по вление в белом свете контрастной интерференционной картины в виде  ркой и красочной системы изохромат0 degree of temporal and spatial coherence of overlapping beams, which leads to the appearance in white light of a contrast interference pattern in the form of a bright and colorful isochromatic system

5 гиперболической формы с центральным ахроматическим белым нулевым крестом. При повороте анализатора на 90° система полос смещаетс  на полполосы, происходит обращение картины и белый нулевой крест пре0 вращаетс  в бархатно-черный, а окраска изохромат измен етс  на дополнительную. Опыт отличаетс  высокой эмоциональностью и большой нагл дностью. При введении светофильтра 5 картину наблюдают в5 hyperbolic shape with a central achromatic white zero cross. When the analyzer is rotated 90 °, the system of bands is shifted by half a strip, the pattern is reversed and the white zero cross turns into velvet black, and the color of the isochromat changes to an additional one. The experience is highly emotional and very arrogant. With the introduction of filter 5, the picture is observed in

5 оранжевом или красном свете. Прибор прост по конструкции, надежен в употреблении и безотказен. Прибор с успехом может быть использован в преподавании курса физики (оптики) в технических вузах,5 orange or red light. The device is simple in design, reliable in use and trouble-free. The device can be successfully used in teaching a course of physics (optics) in technical universities,

0 пединститутах и университетах.0 pedagogical institutes and universities.

Claims (1)

Формула изобретени  Учебный прибор по оптике, состо щий из источника света, собирающей линзы,SUMMARY OF THE INVENTION An optics training device consisting of a light source collecting lenses, 5 толстой плоскопараллельной дво копре- ломл ющей пластины, выполненной из одноосного кристалла параллельно оптической оси, двух пол роидов и экрана наблюдени , отличающийс  тем, что, с целью5 a thick plane-parallel birefringent plate made of a uniaxial crystal parallel to the optical axis, two polarity and an observation screen, characterized in that, for the purpose of 0 повышени  нагл дности путем увеличени  степени временной когерентности перекрывающих пучков без монохроматизации первичного светового пучка, он имеет дополнительную кристаллическую пластину,In order to increase the clarity by increasing the degree of temporal coherence of the overlapping beams without monochromatizing the primary light beam, it has an additional crystal plate, 5 идентичную первой и расположенную вслед за ней с возможностью поворота в своей плоскости.5 identical to the first and located after it with the possibility of rotation in its plane.
SU914906875A 1991-01-31 1991-01-31 Practice device for optics RU1781694C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914906875A RU1781694C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Practice device for optics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914906875A RU1781694C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Practice device for optics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1781694C true RU1781694C (en) 1992-12-15

Family

ID=21558061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914906875A RU1781694C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Practice device for optics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1781694C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Поль Р.В. Оптика и атомна физика. М.: Наука, 1966, с.215. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3940203A (en) Image-forming apparatus
US2924142A (en) Interferential polarizing device for study of phase objects
US4088400A (en) Display devices
CA2009391C (en) High definition color display device
US3552819A (en) Illuminated reticle for optical viewing instruments
CN101021674A (en) LCD stereo projector polarization management system
TW475092B (en) Projection display device
US2200959A (en) Display device employing polarized light
RU1781694C (en) Practice device for optics
US3230627A (en) Self-luminous reticle
JPH07270780A (en) Projection type display device
US3694054A (en) Color display system utilizing plural birefringent elements having different retardances
KR20020037345A (en) Display device
US2574186A (en) Apparatus for viewing stereoscopic pictures
US1637348A (en) Vertical illuminator for microscopes
Grabau Polarized light enters the world of everyday life
RU2353958C1 (en) Optical system of helmet-mounted collimator display
GB562233A (en) Optical sighting or viewing devices
US3622774A (en) Light system for instruments
SU934535A2 (en) Starry sky simulator
US3827793A (en) Stereoscopic microscopy
US3532413A (en) Head-up display apparatus for aircraft
US3588219A (en) Polarized light binocular microscope
US1291636A (en) Apparatus for signaling by means of light.
US1649303A (en) Optical instrument