超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器的制造方法
【专利摘要】一种超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器，在光具座的左端设置有激光器、右端设置有光屏，激光器与光屏之间激光出射光方向光具座上设置有超声光栅槽，在激光器与超声光栅槽之间激光出射光方向光具座上设置有柱透镜。本实用新型解决了采用分光计实验测量时衍射条纹直观性差的问题，以及传统的采用激光束直接通过超声光栅形成的衍射光斑分离不清、无法测量的问题，具有结构简单、成本低、安装调试简单、演示直观等优点，实现了在常规条件下超声光栅衍射图像的观察和可视演示，作为实验仪器有较高的测量精度，可作为光学演示与实验测量仪器。
【专利说明】超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学教学演示和实验仪器【技术领域】，具体涉及到声光效应实验仪器。
【背景技术】
[0002]超声光栅是一种特殊的光栅,在大学物理实验教学、光信息实验、研究声对光的调制中，有着特殊的作用。
[0003]超声光栅与普通刻线光栅或全息光栅的不同之处主要有两点:其一，光栅形成的机理不同；其二，普通的光栅常数固定不变，而超声光栅的光栅常数随超声波的波长变化。超声波在液体中形成超声光栅的模式有两种，一种是液体内只有换能器发射的超声波而没有反射波，其结构特征为在换能器的对面安装有吸收声波的材料，行波光栅的栅面在空间随时间移动；另一种是超声驻波光栅，驻波光栅的结构特征为在换能器的对面有声波反射面，液体中有换能器的发射波和反射面的反射波，当发射波与反射波叠加且满足驻波形成的条件时，就会形成超声驻波，从而形成超声驻波光栅，驻波光栅的栅面在空间的位置固定，驻波的振幅是发射波的2倍，将使液体的折射率发生更强的变化，从而使通过超声光栅的光波发生更强的衍射。
[0004]通过超声光栅测量液体中的声速，是大学物理光学实验中的重要内容。目前所使用的测量方法主要有两种:其一，利用分光计进行测量；其二，在光具座上进行测量。前者虽然测量精度较高，但仪器的结构复杂、成本高、调试难度大，特别是直观性差，无法实现常规条件下的可视化演示。因此，在激光引入基础物理实验后，出现了在光具座上进行超声光栅实验测量的方法与装置。
[0005]专利号为ZL200620072245.6、发明名称为《液体声高效应实验仪》的中国实用新型专利，专利号为ZL200820088221.9、发明名称为《激光超声光栅演示实验仪》的中国实用新型专利，分别提出了在光具座上实现超声光栅的实验测量装置。其主要的技术方案是，激光束经扩束镜扩束后再通过超声光栅，然后在屏幕上观察和测量衍射条纹。其主要缺点在于所形成的衍射图像为连在一起直径大小不同的光斑，图像不清晰，且可视性差、测量误差大。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述液体声高效应实验仪和激光超声光栅演示实验仪的缺点，提供一种结构简单、成本低，调试简单，可视性好、衍射图像为线状条纹且图像清晰、实验测量精度较高的超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器。
[0007]解决上述技术问题所采用的技术方案是:在光具座的左端设置有激光器、右端设置有光屏，激光器与光屏之间激光出射光方向光具座上设置有超声光栅槽，在激光器与超声光栅槽之间激光出射光方向光具座上设置有柱透镜。
[0008]本实用新型的柱透镜为圆柱透镜。[0009]本实用新型的圆柱透镜的外径为I~10mm。
[0010]本实用新型的圆柱透镜的外径最佳为5.5_。
[0011]本实用新型采用激光器出射的激光束通过柱透镜变换为线光源，垂直入射于超声光栅槽入射侧壁的线光源，通过超声光栅槽中液体形成的超声光栅时产生衍射，在光屏上形成一系列以零级条纹为对称的平行、清晰的线状激光衍射条纹。本实用新型解决了采用分光计实验测量时衍射条纹直观性差的问题，以及传统的采用激光束直接通过超声光栅形成的衍射光斑分离不清、无法测量的问题，具有结构简单、成本低、安装调试简单、演示直观等优点，实现了在常规条件下超声光栅衍射图像的观察和可视演示，作为实验仪器有较高的测量精度，可作为光学演示与实验测量仪器。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
[0013]图2是超声光栅线状激光的衍射图像。
[0014]图3是本实用新型的实验测量原理图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。
[0016]实施例1
[0017]在图1中，本实施例的超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器由激光器1、柱透镜2、超声光栅槽3、光屏4、光具座5联接构成。
[0018]本实施例的激光出射光方向光具座5上表面标有长度计量单位刻度，刻度的单位为_，在光具座5的左端用螺纹紧固联接件固定联接有激光器I，激光器I为He-Ne激光器，也可采用半导体激光器，激光器I用于产生可见激光。光具座5的右端用螺纹紧固联接件固定联接有光屏4，光屏4用于成像，激光器I与光屏4之间激光出射光方向光具座5上用螺纹紧固联接件固定联接有柱透镜2，柱透镜2为圆柱透镜，圆柱透镜的外径外径为5.5mm,柱透镜2将激光器出射的激光束变为线光源。柱透镜2与光屏4之间激光出射光方向光具座5上用螺纹紧固联接件固定联接有超声光栅槽3，激光器I出射的激光束通过柱透镜2变为线光源，垂直于超声光栅槽3入射侧壁的线光源,通过超声光栅槽3中液体形成的超声光栅时产生衍射，在光屏上形成一系列以零级为对称的平行、清晰的线状衍射条纹，见图2。
[0019]图3给出了采用本实用新型超声光栅的实验测量原理图。在图3中，采用本实用新型测量超声光栅的一级衍射条纹的衍射角按下式进行计算:
【权利要求】
1.一种超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器，在光具座(5)的左端设置有激光器(I)、右端设置有光屏(4)，激光器(I)与光屏(4)之间激光出射光方向光具座(5)上设置有超声光栅槽(3),其特征在于:在激光器(I)与超声光栅槽(3)之间激光出射光方向光具座(5)上设置有柱透镜(2)。
2.根据权利要求1所述的超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器，其特征在于:所述的柱透镜(2)为圆柱透镜。
3.根据权利要求2所述的超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器，其特征在于:所述的圆柱透镜的外径为I?10mm。
4.根据权利要求2所述的超声光栅线状激光衍射的教学演示与实验仪器，其特征在于:所述的圆柱透镜的外径为5.5_。
【文档编号】G09B23/22GK203812470SQ201420237802
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】张宗权, 黄育红, 刘志存, 任俊鹏, 姚志, 辛经纬 申请人:陕西师范大学