专利名称：光的全反射演示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种在教学实验中演示水对光发生折射或全反射的实验装置，尤其是发生全反射时，光会在水的上下界面处反复多次全反射，因而在水中留下一列三角波形光路图，这一光路图，演示了光导纤维的光学原理。
目前，公知的演示全反射的装置是让一束激光或白炽灯光照射在玻璃三棱镜上，观察玻璃对光发生全反射的现象。在这类装置中使用的光源是CO2激光器或大功率的卤素灯光，其成本高，笨重使用不便。全反射现象也仅能在三棱镜的某一侧面上发生一次，无法看出象光导纤维那样对光反复多次发生全反射的现象。
本实用新型提供一种演示装置，它以半导体激光器为光源，用盛水的小水槽代替玻璃三棱镜，不仅降低成本，而且能更方便地演示光发生折射与全反射的现象，尤其是发生全反射时，光会在水的上下界面处多次全反射，在水中留下一列三角波形光路图，同时还会有一个亮点沿三角波形光路向前或向后移动，使光路图由静态变为动态。这一光路图演示了光导纤维的光学原理。
本实用新型解决技术问题采取的技术方案是1、用半导体激光器作光源。在激光的输出端口，偏心安装一个柱形扩束镜，利用扩束镜将原激光器射出的线状光束扩展成扇面状光束。由于扩束镜是偏心安装的，也就是说柱形扩束镜的轴心线偏离线状激光束的轴心线，使扩束镜的实际工作面积小于线状激光束的横截面积，结果是大部分激光被扩展成扇面状光，一小部分激光未被扩束，仍沿直线射出，形成一条亮线，它与扇面光束叠加，形成带有一条亮线的扇面状光束。
2、光路成像板，是一块用薄铁板制作的平板。平板的左端上下各有一块向前的折边。两折边上各装有一个尖轴螺丝，利用这两个螺丝做项轴，锁住一个方柱形的激光座连杆。这个连杆的上下底面中心各有一个轴窝与两个螺丝尖轴相吻合，方形激光座连杆虽被锁住，但可以尖轴为轴左右转动。
半导体激光器装入激光器卡座内，这个卡座的下面镶有一块小磁铁，可将激光器吸附在激光座连杆上。接通激光器的电源，会在成像板上形成一条带有一个亮点的激光亮线。转动激光座连杆，亮点会沿激光亮线移动，模拟光的传播方向。
3、小水槽的前面板、侧板、底板是用无色透明材料制作，它的背板用白色材料制作，以便光留下光路。白色背板的两端各镶有一块小磁铁，利用磁铁将小水槽吸附在成像板上。
实验时，向水槽内注入200ml左右的清水，让激光束从水槽的弧形侧面下方射入水中，激光会在水的上、下界面之间反复多次发生全反射，因而在白色背板上留下一列三角波形光路图。转动激光座连杆，会有一个亮点沿三角波形光路前后移动，模拟光导纤维的光学原理。
本实用新型的有益效果是，可以在演示光的折射、全反射的同时，演示光在水中多次发生全反射的现象，这也就是光导纤维的光学原理，并且在光路中有一个亮点沿光路来回移动，使光路图由静态变为动态，原理更加形象明了。结构简单轻便，降低实验成本。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1(a)是偏心安装的柱形扩束镜与线状光束横截面的位置图
图1(b)是扇状光束在光路成像板上形成的一条带有亮点的激光亮线图图2是小水槽的结构图图3是本实用新型的结构装置图图中1.半导体激光器 2.小水槽 3.光路成像板 4.激光座连杆 5.尖轴螺丝 6.激光器卡座 7.偏心式扩束镜 8.激光器输出端口盖 9.线状光束横截面10.扇面状光束 11.未被扩束的激光束 12.激光亮线 13.亮点 14.前板侧板底板 15.背板在图3所示的实例中，半导体激光器(1)通过卡座(6)安装在激光座连杆(4)上，激光座连杆(4)通过光路成像板(3)左端上下两个折边上的尖轴螺丝(5)锁紧在光路成像板上，但它可以左右转动。小水槽(2)的背板上镶有两块小磁铁，利用这两块小磁铁将小水槽(2)吸附在光路成像板(3)上。
接通激光器(1)的电源，调整激光器(1)的位置，让光束从小水槽(2)的弧形侧面下方射入水中，就会在小水槽的白色背板(15)上看到一列三角波形光路，转动激光座连杆(4)，会有一个亮点沿三角波形光路向前或向后移动。
在
图1中，激光器(1)的输出口与输出端口盖(8)相接，偏心安装的柱形扩束镜(7)装在端口盖(8)内。接通电源，激光器(1)发出的线状光束(9)大部分被扩束镜(7)扩展成扇面状光束(10)，小部分未被扩束的激光(11)仍直线向前射出，它与扇面状光束(10)叠加形成一个有一条亮线的扇面光束。当这扇面光束照射到光路成像板(3)上，就会形成一条激光亮线(12)，这条亮线上有一个亮点(13)。
在图2中，小水槽(2)的前面板侧板底板(14)用无色透明材料制作，它的背板(15)用白色材料制作，在背板的左右两端各镶一块小磁铁。
权利要求1.一种光的全反射演示装置，由半导体激光器、小水槽、光路成像板组成，其特征是小水槽吸附在光路成像板上，半导体激光器安装在激光器卡座内，激光器卡座安装在光路成像板上的可转动的激光座连杆上且在小水槽的侧下方。
2.根据权利要求1所述的光的全反射演示装置，其特征是半导体激光器的输出端口安装一个柱形扩束镜，扩束镜的实际工作面积小于半导体激光器发出的激光束的横截面积。
3.根据权利要求1所述的光的全反射演示装置，其特征是小水槽的前面板、侧板、底板是无色透明材料制成，其背板是白色材料制成，在背板的两端各镶有一块小磁铁。
专利摘要一种用于物理教学实验中的光的全反射演示装置。它以半导体激光器为光源。半导体激光器装在卡座内，利用卡座下安装的小磁铁吸附在可转动的激光座连杆上。利用偏心式扩束镜将激光束扩展成带有一条亮线的扇面状光束。小水槽中装入少量清水并利用镶在其背板上的两块小磁铁，吸附在光路成像板上。让激光束从小水槽的侧下方射入水中，调整激光射入的角度，会看到激光在小水槽的白色背板上形成的一列三角波形光路图。它是由于激光在水的上下界面间多次全反射形成的。转动激光座连杆，会有一个亮点沿三角波形光路向前或向后移动，演示光导纤维的光学原理。
文档编号G09B23/22GK2545663SQ0123453
公开日2003年4月16日 申请日期2001年9月3日 优先权日2001年9月3日
发明者梁玉祥 申请人:梁玉祥