專利名稱：雙色激光偏振演示儀的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種教學上所使用的光偏振模擬演示裝置，具體的說是一種雙色激光偏振演示儀。
背景技術：
偏振現(xiàn)象是光的最重要的性質(zhì)之一?；竟馄裥再|(zhì)包括Malus定律，F(xiàn)resnel公式，及由其衍生的Brewster定律。Malus定律描述了偏振光在各偏振方向上光強分布的關系。Fresnel公式描述了光線經(jīng)透明介質(zhì)的反射光與透射光偏振態(tài)隨入射角變化的關系，Brewster定律特別指出了在起偏振入射角下反射光為偏振方向垂直于入射面的線偏振光。由于偏振是光波動性的一個顯著體現(xiàn)，也是被最廣泛應用的性質(zhì)之一，在教學中占有非常重要的地位，因此經(jīng)常需要直觀演示上述基本偏振性質(zhì)。但長期以來，由于其自身特點，較難直接對一些基本偏振性質(zhì)進行演示。最早的關于偏振的實驗由Malus(1808)完成裝置主要部分為兩塊平行平面鏡，演示用一束光線以57。入射平面鏡，軸向旋轉(zhuǎn)另一面平面鏡使得出射光強變化以證明偏振性質(zhì)。這種方式較為單一的體現(xiàn)了光具有偏振的性質(zhì)，并沒有反映反射光偏振態(tài)隨入射角的變化，透射光的性質(zhì)等，同時光強純粹明暗的變化比較單一，出射光點隨軸向旋轉(zhuǎn)而跑動不利于演示。另一種常見方法是光束射向由微控馬達控制的偏振片隊列，在改變各偏振片透射軸的過程中由CCD接受光強信號通過計算機繪出各偏振方向光強分布。這種方式的缺點是設備成本高，使用不便，現(xiàn)象不直觀生動，不適合作為教學或科普演示。
發(fā)明內(nèi)容
l、發(fā)明目的本專利的目的是提供一種現(xiàn)象直觀生動，使用方便，成本低廉，觀察效果好的偏振基本性質(zhì)演示儀。
2、技術方案(為敘述方便，以下均對部件用標號注明，但標號不可理解為對保護范圍的任何限定)本發(fā)明所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于它包括兩個不同顏色的激光發(fā)生器(1、2)、反射鏡(3)、分束鏡(4)、透明介質(zhì)片(5)、反射鏡(6)、轉(zhuǎn)臺(7)和觀察屏(8)；反射鏡(3)將從激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來的并經(jīng)偏振片(9)后的激光束反射至垂直方向，分束鏡(4)將分別由激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來的并經(jīng)反射鏡(3)反射過來的激光束和從激光發(fā)生器(2)發(fā)射出來的并經(jīng)偏振片(10)后的激光束匯集至同一方向上，并以此射向透明介質(zhì)片(5)，透明介質(zhì)片(5)垂直安裝在轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上，在轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上同時垂直安裝有與透明介質(zhì)片(5)平行的反射鏡(6)，向透明介質(zhì)片(5)射來的激光束一部分透過透明介質(zhì)片(5)射向觀察屏(8)，另一部分反射至反射鏡(6)，在經(jīng)反射鏡(6)反射后射向觀察屏(8)。
所述的偏振片(9、10)為可旋轉(zhuǎn)的，且在同一光路上的偏振片為一片或兩片，并標有角度值，通過在面板上的固定刻度線可讀出透射軸的方向角。
所述的透明介質(zhì)片(5)的反射面與轉(zhuǎn)臺(7)的交線在轉(zhuǎn)臺的一條直徑上。透明介質(zhì)片(5)的反射面與水平面垂直，轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面邊緣刻有角度值，當角度顯示為零度時與入射光線垂直，反射鏡(6)的長度既保證光線小角度入射時能夠不被遮擋又保證大角度入射時反射光仍能被反射鏡反射。
所述的轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上設有用于放置透明介質(zhì)片(5)的插槽。透明介質(zhì)片(5)可插入該插槽中，透明介質(zhì)片(5)為普通玻璃片、有機玻璃片、或玻璃堆片，但不限于上述三種。
在轉(zhuǎn)臺(7)一側(cè)設有牽引轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的手搖柄(11)。轉(zhuǎn)臺(7)在手搖柄的牽引下可繞臺面圓心轉(zhuǎn)動，所述的觀察屏(8)為一半透明光屏，在預計的反射光點與透射光點處設有觀察窗。在反射鏡(6)的反射光的光路上安置有大口徑短焦距凸透鏡(12)。用于將經(jīng)透明介質(zhì)與反射鏡反射的光線會聚于固定觀察點，便于演示觀察。
本專利的工作原理兩種顏色的激光器分別發(fā)生兩束光線，在各自的光路上通過手動旋轉(zhuǎn)偏振片，參照角度刻度值分別設置偏振態(tài)，隨后利用反射鏡與分束鏡將原來在兩個不同路徑上傳播的光線匯集在一條路徑上，并由此入射透明介質(zhì)片，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，連續(xù)改變?nèi)肷浣侵?，此時反射光線經(jīng)反射鏡反射和凸透鏡折射后射向預計的反射光點觀察處，透射光線在此過程中基本沒有位置變化而射向預計的透射光點觀察處。在觀察屏相應的位置即可以觀察到反射光點與透射光點隨各偏振片透射軸偏角設置與轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的顏色與明暗的變化。
3、有益效果本專利具有以下優(yōu)點(1)采用分束鏡等處理光路，使得入射光中各成分的偏振態(tài)及其他光學性質(zhì)可以分別設置，從而模擬各實驗定律的情況產(chǎn)生相應的演示效果。(2)采用兩束不同顏色激光器，將單純明暗變化轉(zhuǎn)化為顏色變化，使得演示結(jié)果生動明顯，提高了作為教學演示和科普演示的效果。(3)使用固定于轉(zhuǎn)臺的反射鏡及固定的凸透鏡，使得反射光點能夠固定于觀察屏上的預計位置，不會因為轉(zhuǎn)臺面的旋轉(zhuǎn)等而移動，使得觀察方便，增強了演示效果。(4)裝置集成了多個的基本偏振性質(zhì)的演示，體積小巧、輕便，成本低廉，適合大量作為教學儀器或進行科普活動。
四
附圖是本專利的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實施例方式
如圖所示，本專利所述的雙色激光偏振演示儀，它包括紅色激光發(fā)生器1，綠色激光發(fā)生器2，反射鏡3，分束鏡4，透明介質(zhì)片5，反射鏡6，轉(zhuǎn)臺7，觀察屏8，偏振片9、10，手搖柄11，凸透鏡12。開啟紅色激光器1和綠色激光器2，旋轉(zhuǎn)偏振片9、10以設置兩束光的偏振態(tài)，這種光路設置獨立了即將入射透明介質(zhì)片5光線中的兩個成分的光學性質(zhì)，有利于分別設置以達到演示Malus定律、Fresnel公式及Brewster定律的效果。經(jīng)反射鏡3與分束鏡4后，兩束激光匯聚形成一條光束。手搖柄11連接至轉(zhuǎn)臺7，用于連續(xù)改變光線射向透明介質(zhì)片5的入射角。轉(zhuǎn)臺7上設置有透明介質(zhì)插槽和反射鏡6，將附件普通玻璃片、有機玻璃片、或玻璃堆片中一種透明介質(zhì)片置于插槽內(nèi)隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。透明介質(zhì)片5的反射面在轉(zhuǎn)臺7的一條直徑上。反射鏡6與透明介質(zhì)片5的反射面平行，其長度與距離需根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度要求及裝置尺寸設定，適當調(diào)整后與凸透鏡12和觀察屏8組成觀察裝置。這樣的構(gòu)造使得反射光點與透射光點能夠不隨轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)而移動，從而固定在觀察屏8的相應位置上，便于演示觀察。通過旋轉(zhuǎn)偏振片9、10與旋轉(zhuǎn)手搖柄11以帶動轉(zhuǎn)臺7以改變?nèi)肷浣?，從而到達生動直觀演示光基本偏振性質(zhì)的目的。
權(quán)利要求
1.一種雙色激光偏振演示儀，其特征在于它包括兩個不同顏色的激光發(fā)生器(1、2)、反射鏡(3)、分束鏡(4)、透明介質(zhì)片(5)、反射鏡(6)、轉(zhuǎn)臺(7)和觀察屏(8)；反射鏡(3)將從激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來的并經(jīng)偏振片(9)后的激光束反射至垂直方向，分束鏡(4)將分別由激光發(fā)生器(1)發(fā)射出來的并經(jīng)反射鏡(3)反射過來的激光束和從激光發(fā)生器(2)發(fā)射出來的并經(jīng)偏振片(10)后的激光束匯集至同一方向上，并以此射向透明介質(zhì)片(5)，透明介質(zhì)片(5)垂直安裝在轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上，在轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上同時垂直安裝有與透明介質(zhì)片(5)平行的反射鏡(6)，向透明介質(zhì)片(5)射來的激光束一部分透過透明介質(zhì)片(5)射向觀察屏(8)，另一部分反射至反射鏡(6)，在經(jīng)反射鏡(6)反射后射向觀察屏(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的偏振片(9、10)為可旋轉(zhuǎn)的，且在同一光路上的偏振片為一片或兩片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的透明介質(zhì)片(5)的反射面與轉(zhuǎn)臺(7)的交線在轉(zhuǎn)臺的一條直徑上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面邊緣刻有角度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(7)的轉(zhuǎn)臺面上設有用于放置透明介質(zhì)片(5)的插槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)臺(7)一側(cè)設有牽引轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的手搖柄(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的透明介質(zhì)片(5)為普通玻璃片、有機玻璃片、或玻璃堆片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于所述的觀察屏(8)為一半透明光屏，在預計的反射光點與透射光點處設有觀察窗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色激光偏振演示儀，其特征在于在反射鏡(6)的反射光的光路上安置有大口徑短焦距凸透鏡(12)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙色激光偏振演示儀，它包括兩個不同顏色的激光發(fā)生器、偏振片、反射鏡、分束鏡、轉(zhuǎn)臺、手搖柄、觀察裝置以及透明介質(zhì)片；裝置中，光束始終傳播在同一水平面上，各偏振片、反射鏡、分束鏡、透明介質(zhì)片的光學表面與該水平面垂直。兩束激光分別通過不同的偏振片，利于對即將入射透明介質(zhì)片的光線各分量的偏振態(tài)分別設置以產(chǎn)生演示效果。采用兩種顏色的激光，將光的明暗變化轉(zhuǎn)化為生動直觀的色彩變化，適合進行演示。手搖柄帶動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，可以連續(xù)改變?nèi)肷浣?，增加了演示?nèi)容。反射鏡置于轉(zhuǎn)臺上與透明介質(zhì)片平行，在設定位置與鏡面長度后可與凸透鏡構(gòu)成觀察裝置，使得反射光點與透射光點不隨轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)而移動，利于演示觀察。
文檔編號G09B23/00GK1760933SQ200510095150
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者楊旸, 潘永華, 周進, 王思慧 申請人:南京大學