用于光栅衍射实验的演示装置的制作方法

本实用新型涉及实验演示设备技术领域，特别设计用于光栅衍射实验的演示装置。

背景技术：

光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射；在光栅衍射实验中衍射光栅作为一个重要原件，运用光的衍射特性，利用衍射光栅多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光斑。

在目前教科书及现有技术中关于光栅衍射实验的介绍仅仅局限于一般入射角，例如入射光线为正入射或是一般入射，即入射到衍射光栅同一条狭缝上的光波是等相位的，而实验对于特殊角度入射，即入射到衍射光栅同一条狭缝上的光波相位不等的情况没有涉及，使实验的结论偏于理想化；在一些参考文献中也只是存在理论分析，并没有实际操作，缺乏一定严谨性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供用于光栅衍射实验的演示装置，适用于特殊角度入射光线，即入射到衍射光栅同一条狭缝上的光波相位不等，使得实验结论更具普遍性、可靠性。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，提出用于光栅衍射实验的演示装置，包括半导体激光器、透射光栅和显示板，所述半导体激光器发射激光通过透射光栅衍射在所述显示板上，还包括用以承载所述透射光栅和显示板的载物台，所述载物台与透射光栅用以转轴转动连接，所述转轴的外表面套接有可相对于所述转轴转动的转筒，所述转筒与半导体激光器以转动杆连接，通过转动转筒由转动杆带动所述半导体激光器沿以转轴为轴心在与载物台平行平面上转动。

进一步优选地，所述显示板还连接有带伸缩杆的滑块，所述滑块安装于所述载物台的凹槽内可沿以向透射光栅方向往复移动。

进一步优选地，还包括用以引导所述半导体激光器呈半弧形轨迹移动的半弧形滑道，所述滑道两端还设有抵板。

进一步优选地，所述滑道由支撑架与载物台固定连接。

进一步优选地，所述滑道上还设有0-180度的均匀分布刻度线。

进一步优选地，所述载物台在透射光栅与显示板之间还设有显示距离的刻度线。

进一步优选地，还包括置于所述透射光栅与显示板之间的挡光箱。

进一步优选地，所述挡光箱由第二伸缩杆与载物台连接。

进一步优选地，所述挡光箱为铝箔材质。

进一步优选地，所述转轴与转筒之间还可设有轴承。

本实用新型的有益效果为，半导体激光器可通过转动任意特殊角度将入射光线射入透射光栅，使得光栅衍射实验结论更具普遍性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的用于光栅衍射实验的演示装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的用于光栅衍射实验的演示装置的光线衍射示意图；

图3为本实用新型实施例的用于光栅衍射实验的演示装置的衍射光斑示意图。

图中：1-半导体激光器、11-转动杆、2-透射光栅、21-转轴、22-转筒、3-显示板、31-伸缩杆、32-滑块、4-载物台、41-凹槽、42-刻度线、5-滑道、51-抵板、52-支撑架、6-挡光箱、61-第二伸缩杆。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，涉及方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

请参阅图1和图2。本实用新型实施例的用于光栅衍射实验的演示装置，包括半导体激光器1、透射光栅2和显示板3，所述半导体激光器1发射激光通过透射光栅2衍射在所述显示板3上，还包括用以承载所述透射光栅2和显示板3的载物台4，所述载物台4与透射光栅2用以转轴21转动连接，所述转轴21的外表面套接有可相对于所述转轴21转动的转筒22，所述转筒22与半导体激光器1以转动杆11连接，通过转动转筒22由转动杆11带动所述半导体激光器1沿以转轴21为轴心在与载物台4平行平面上转动。

在本实施例中可建立如图所示的坐标系，所述透射光栅上设有以O为原点的X、Y、Z轴，入射光与XOZ平面平行，与Y轴垂直，改变入射光束与Z轴所成的角度，观察显示板上呈现的光斑，并将光斑移至坐标纸上，记录下来。

所述显示板3还可连接有带伸缩杆31的滑块32，所述滑块32安装于所述载物台4的凹槽41内可沿以向透射光栅2方向往复移动。

本实施例还包括用以引导所述半导体激光器1呈半弧形轨迹移动的半弧形滑道5，所述滑道5两端还设有抵板51。

滑道5由支撑架52与载物台4固定连接，也可由其他固定装置与载物台连接，本实用新型对此不加任何限制。

滑道5上还设有0-180度的均匀分布刻度线。

所述载物台4在透射光栅2与显示板3之间还设有显示距离的刻度线42。

本实施例还包括置于所述透射光栅2与显示板3之间的挡光箱6，也可由具有遮光、挡光效果的装置替换，本实用新型对此不加任何限制。

所述挡光箱6由第二伸缩杆61与载物台4连接。

所述挡光箱6为铝箔材质，便于反射自然光等干扰光，也可采用其他反光材质。

所述转轴21与转筒22之间还可设有轴承。

在观察记录前先调整所述透射光栅2，通过调节转轴21转动透射光栅2对应半导体激光器1的角度，对应滑道5高度调节至半导体激光器1可将光束射在透射光栅2上；随后调整显示板3，通过调节伸缩杆31，使得显示板3上呈现经透射光栅2衍射的光线，便于实验者观测的更加准确；同时可先将半导体激光器1置于滑道5的90度位置，发射光束至透射光栅2上，通过移动与显示板3连接的滑块32来调节显示板3与透射光栅2的距离，以使得呈现在显示板3上的光斑清晰，便于实验者观察；最后调节所述挡光箱6的第二伸缩杆61，挡光箱6用于反射外部光源，例如自然光、灯光等，减少实验中衍射光的干扰，并保证衍射的光束顺利穿过挡光箱6显示在所述显示板3上。

实验中可由实验人员转动在转轴21上的转筒22，通过转动杆11带动半导体激光器1移至滑道5上显示的90刻度位置处，打开所述半导体激光器1，此处入射光与X轴垂直与Z轴平行，入射光束透过衍射光栅2并穿过挡光箱6显示在显示板3上；此时在所述显示板3上呈现的是与所述Y轴平行的由光斑组成的直线；将光斑对应在坐标纸上连接起来，并记录下光斑之间的距离。

关闭半导体激光器1，调节所述半导体激光器1入射光与Z轴的夹角，即转动转筒22使得半导体激光器1滑至90度之后的某一位置，打开所述半导体激光器1，入射光束透过衍射光栅2并穿过挡光箱6显示在显示板3上；此时在所述显示板3上呈现的是位于滑道0-90度一侧的由光斑组成的双曲线，开口远离之前显示的直线方向；并将光斑对应在坐标纸上连接起来，并记录下光斑之间的距离。

随后关闭半导体激光器1，移动半导体激光器1沿滑道90-180度一侧按照一定角度移动，例如100度，110度，120度等；打开所述半导体激光器1，入射光束透过衍射光栅2并穿过挡光箱6显示在显示板上3；此时在所述显示板3上依次呈现的是逐渐远离90度对应直线的由光斑组成的双曲线，开口远离之前显示的直线方向；并将光斑对应在坐标纸上连接起来，并记录下光斑之间的距离。

关闭半导体激光器1，移动半导体激光器1沿滑道0-90度一侧按照如上操作中的角度差移动，例如80度，70度，60度等；打开所述半导体激光器1，入射光束透过衍射光栅2并穿过挡光箱6显示在显示板3上；此时在所述显示板3上呈现的是位于滑道90-180度一侧的由光斑组成的双曲线，并随着半导体激光器1的移动，双曲线逐渐远离90度对应直线的由光斑组成的双曲线开口远离之前显示的直线方向；并将光斑对应在坐标纸上连接起来，并记录下光斑之间的距离。

可以发现，受显示板3尺寸限制，角度差过大会导致光斑不能落在显示板3上，因此角度差过大的不做参考；若透射光栅2未与显示板3平行，会导致衍射光斑存在不关于显示板3中心对称，也会对数据带来影响。

如图3所示。通过操作所述的用于光栅衍射实验的演示装置，可以看出在该光栅衍射实验中，装置较好的展示了特殊角度入射光栅衍射现象，实验目的基本达到。在透射光栅2平面与显示板3平面平行情况下，衍射光斑分布呈双曲线形式，且双曲线弯曲程度与激光束的入射角有关，即入射光束与Z轴的夹角，夹角越大曲线弯曲越明显。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。