专利名称：双缝干涉模拟仪的制作方法
技术领域：
本仪器属于光学教学仪器，它用于大学物理教学，是学生做光的干涉实验的器材。
通常，传统的双缝干涉仪是通过许多光学器件(如单色光源，透镜，双缝，测微目镜等)来实现的。其设备较复杂，价格也较贵。普遍使用(特别是广大的中学与中专)，目前尚有困难。
用同心圆弧表示波峰、波谷及叠加后的干涉图象，是通常的表达方法。在国内的一些大学物理或光学教材中有所采用。如《物理》下册南京工学院编；国外教材《大学物理》第四册F.Sears著中译本恽英译等。但这些教材上的图只是个示意图。既缺乏完整，又不准确，是个固定的图象，不能用来作实验演示，更不能作定量测量。
本仪器的目的是要提供一种新的双缝干涉的装置，既能定性演示，又能定量测量，而价格低廉，利于普及推广。本仪器采用模拟的方法，演示光波的干涉；定量验证杨氏干涉(双缝)的公式，验证明纹，暗纹间距公式，验证明纹方程和暗纹方程；演示衍射光栅原理；定量测定最大干涉级数。
本仪器的目的是这样实现的本仪器则通过用波带片模拟光波，再通过叠加，模拟双缝干涉，从而进行上述的那些实验。
本仪器装置可分为几部分，它们是干涉成象装置，调节平移装置和光源照明装置三部分。
干涉成象装置系波带片及其固定装置所组成。波带片用明暗象间的同心圆模拟点光源所发出的光波。它有两类一类是半波长的波带片，用明，暗圆弧的不同宽度表示不同的波长。本仪器中有两种，分别模拟的波长为λ＝1.2mm和λ＝1.5mm。这一类表示法在国内书刊中未曾见过。另一类是以实线，虚线圆弧表示光波波峰与波谷，这是常见的表示方法(如前文所述)。现制成透明的波带片，不仅准确，可以作定量测量，而且通过照明，形象直观明显。用两片叠加后，可观察到明暗相间的条纹。通过调节模拟光源间的距离，可看到干涉条纹的变化。同时，为了观测记录，在波带片上印有标尺，可直接读出数据，而不必另用直尺。这种模拟是分波阵面法而产生的干涉，籍助片上的标尺，可以读出干涉条纹中明纹和暗纹离开中心位置的距离，明纹或暗纹的间距。从而验证杨氏双缝公式(1)和间距公式(2)明纹位置X＝ (KLλ)/(d) k＝0，1，2...，n (1)暗纹位置X＝ ((2K＋1)Lλ)/((2d)) k＝0，1，2，...，n明暗纹间距Δλ＝ (Lλ)/(d) (2)调节平移部分(装置)系一滑动机构和夹紧波带片装置。它的作用是调节模拟点光源的距离，带着一波片，并使它作严格的平行移动。使两模拟点光源的连线平行于模拟屏。从而验证公式(1)，(2)中，由于d不同而引起明纹，暗纹位置X变化和明纹或暗纹间距△X的变化。
光源照装置分是为了给干涉成象提供一明亮而均匀的照明，为此采用了荧光灯和乳白玻璃。用荧光灯是为了减少发热，提高发光效率，这样既增强了干涉成象的照度，又使仪器箱内的温度不高，同时荧光灯又能产生较柔和的光线，光线再通过乳白玻璃，变成漫透射，使照明较为均匀。另外在光源箱内涂有增强反光的涂料，进一步提高照明的均匀度。这样在乳白玻璃面上成为一发出白色荧光的面光源。
本仪器跟传统的双缝干涉仪相比，具有以下优点1.形象直观，展示了光波的干涉过程和干涉的明纹，暗纹位置。传统的仪器，只能在屏上观察到干涉的最终结果，而屏以前的干涉过程就无法观察到。
2.能进行多项实验，一仪多用。除了跟传统仪器一样能验证杨氏干涉公式和明，暗纹间距公式外，还可以验证明纹方程和暗纹方程，测定最大干涉级数和定性观察光栅原理的现象。
3.结构简单，成本低廉。由于完全不用传统的光学器件，免除了昂贵的费用，使成本大大降低，便于更多的大学，大专和高级中学采用和推广。
4.使用方便，操作易学。不须暗室，在一般教室中就能做。学生掌握使用容易，且可几人同时观测，利于讨论研究。而传统仪器则无能为力。
下面结合图象介绍本仪器的实施。
图1是本仪器的总装配立体图。下面结合
图1详细说明本仪器的具体装置的细节，各部分联接，用途和实施的办法。
(2)，(3)，(4)，(5)组成调节平移装置，平移装置架(2)(见图2)用螺栓固定在荧光面板(6)上。滑动机构(4)(见图4)，其内部有一基准面，(4)与平移装置架用螺栓联接后，其基准面为一竖直平面，与荧光面板所在平面垂直；与基准面相吻合的滑块，可在基准面上滑动，滑块上有一拔叉伸出槽外，从滑纽(5)中的小方孔穿过，并连成一体，最后与夹紧装置(3)(见图3)固定连接。夹紧装置由有间隙的两薄片构成，两薄片在一侧面相连，并在其中较大一片的间隙处贴一层胶布，使最终的间隙宽度为0.2mm，以便夹紧活动波带片。夹紧装置上划有标记线，它与基准面相平行。滑纽(5)(见图5)是滑块拔叉上分出的垂直分叉，当手驱动滑纽时，能带动夹紧装置(3)作水平移动，从而达到调节平移活动波带片的目的。
干涉成象装置的位置(8)是用虚线表示的。它由固定波带片及其固定装置和活动波带片组成。固定装置为一薄透明有机玻璃片，把固定波带片贴在上面，并保证它有准确的位置，即确保片上标记线AA与滑动机构中的滑动面平行。只要按照规定安装固定片就能满足上述要求。活动片的固定方法是片上标记线AA与调节滑动机构中夹紧活动片的标记线重合时，就能保证活动片在平移时，其标记线AA始终与滑动机构中的滑动平面相平行。从而满足了固定片与在不同位置时，其标记线AA始终重合，达到了实验要求。
(1)，(6)，(7)是光源照明装置的外观部分。箱体(1)，箱体上放置一块用白色有机玻璃制成的荧光面板(6)，面下有荧光灯及电器电路(见图9)，琴式开关(7)，控制电路的通断。
图6的干涉成象图，明显地呈现出明暗相间的辐射状区域，明区表示干涉加强区，暗区表示干涉减弱区，标记线BB相当于光屏的位置，BB线上的明处与暗处相当与双缝干涉的明纹与暗纹的位置。在测量时，都从明处与暗处的中间量起。测出明纹与暗纹离开中X间位置的距离可以验证公式(1)，测出明、暗纹的间距可以验证公式(2)。用手驱动滑动纽，调节两模拟缝的距离，则可验证公式(1)，(2)中x∝ 1/(d)△x∝ 1/(d)换用不同的模拟波长的波带片，可验证公式(1)，(2)中x∝λ，△x∝λ。
图7的干涉图象，是用两片以实线和虚线表示的波带片叠加后所得的干涉图象。其模拟缝宽为50mm。把属于同一级的明纹都用实线联起来，称为明纹轨迹。把属于同一级的暗纹都用虚线联起来，称为暗纹轨迹。在明纹轨迹上选几个点，测出其x、y座标，可与明线方程y=kλ2[1+x2(d2)2-(kλ2)2]12,]]>k＝0，1，2，...(3)算出的理论值相比较，从而可以得到验证。同理，可以验证暗纹方程。
y=(2k+1)λ4[1+x2(d2)2-(kλ2)212,]]>k＝0，±1，±2，...(4)图8是相同的波带片重叠，它们的圆心相隔等距时所模拟的三缝干涉图象。可清楚地看出在两片较大的明区中还有一小片明区。这是模拟在两个主极大间中夹有一个次极大，且主极大的区域变窄。如果用更多波片重叠，则在两个主极大间的次极大也愈多。且次极大的亮度也愈弱，主极大的区域也就愈窄。波带片数多到次极大的亮度趋于零时，在很亮很窄的主极大中，有很宽的一片暗区。这就是多缝干涉或衍射光栅的原理。
最大干涉级数KMax可按定义求出。取小于 (d)/(λ) 的正整数为KM，即Km＜ (d)/(λ) 。而干涉条纹的等距条件为实际干涉级数K满足K＜＜KMax从图6和图7可以明显看出，图6干涉条纹间距的均匀性比图7好。
图6，KMax＝7，实际取K＝3。在3级以内，则干涉条纹是等距的。满足K与KMax差大。
图7，KMax＝4，实际取K＝2，在两级以内，明、暗纹干涉条纹间相差较大。这就是K与KMax差小。不满足干涉条纹等距的条件。
图9是光源照明装置电路图和外观图。
图10是无标尺波带片，模拟的波长λ＝1.2mm。
图11是带标尺波带片，模拟的波长λ＝1.5mm。
图12是带标尺波带片，模拟的波长λ＝10mm。
权利要求1.一种双缝干涉模拟仪，可做模拟和观测双缝干涉的装置，本装置包括发出白色荧光的面光源，置于面光源上的干涉成象装置，保证成象装置可移动部分能平移的调节平移装置；其特征是干涉成象装置系采用模拟光波的波带片叠加而产生干涉有装置，模拟在空间和光屏上产生明暗相间的干涉分部；调节平移装置由平移装置架，固定于该架中的滑动机构，与滑动机构中的滑块相联的夹紧装置和调节夹紧装置位置的滑纽组合而成，通过调节滑纽，可移动夹紧装置，带动夹在其中的活动波带片，可得不同的双缝间距，观察到不同的干涉分布，并能作定量测量。
2.根据权利要求1所述的双缝干涉模拟仪，其特征是干涉成象装置为一固定的波片，与另一活动的波带片，它们重叠时，产生干涉分布，波带片的圆弧线的宽度为模拟光波的半波长，固定片有标尺，活动片不带标尺，并都有定位标记。
3.如权利要求2所述的双缝干涉模拟仪，其特征是用实、虚圆弧线表示波峰，波谷，用实虚曲线模拟干涉加强，减弱的位置，并印有标尺，可供测量。
4.根据权利要求1所述的双缝干涉模拟仪，其特征是调节平移装置为一滑动式平移机构，当手驱动滑纽时通过本装置带动活动的波带片平移，平移后确保波带片上的AA标记线和BB线仍然与固定的波带片上相应部分重合，滑动平移机构的基准面为一竖直平面，固定的波带片上的标记线AA与其相平行，与基准面相吻合，并可滑动的滑块，有水平及垂直两个分叉，水平分叉与波带片的夹紧装置相连，垂直分叉与滑纽相连。
5.如权利要求4所述的双缝干涉模拟仪，其特征是滑动式平移机构与活动波带片之间的夹紧装置，该装置能夹住活动的波带片，并使其作平移，该装置由相距0.2mm的两薄片构成，两片在一侧面相连，并在一片上贴一层胶布，以便夹紧和增大摩擦力，在装置上划有标记，以便使活动波带片AA线与基准面相平行。
专利摘要一种双缝干涉仪，属物理光学实验教学仪器，用模拟法完成杨氏双缝干涉等五项实验。本实用新型由干涉成象装置、调节平移装置和光源照明装置组成，干涉成象装置由叠加的波带片构成，调节平移装置由平移装置架，固定于该架中的滑动机构，夹紧装置和调节其位置的滑纽组成。光源照明装置由荧光灯，乳白玻璃构成，为干涉成象提供一柔和而均匀的照明。本实用新型的优点是形象直观，一仪多用，结构简单，不需暗室，成本低廉，便于推广。
文档编号G09B23/00GK2055282SQ8820544
公开日1990年3月28日 申请日期1988年5月16日 优先权日1988年5月16日
发明者程复兴 申请人:程复兴