专利名称：反射起偏的偏振光实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种演示光的偏振现象的光学仪器，尤其是适用于大学、中专、中学课堂演示和讲解、学生分组实验的光学仪器。
背景技术：
目前，大学、中专、中学教学过程中没有适合于课堂教学所使用的演示光的偏振现象的实验仪器。教师在课堂上只能用两枚偏振片演示光的偏振现象，不便于讲解，也不便于学生观察偏振现象。如果让全教室的学生都能同时进行观察，教师就必须准备很多的偏振片，这是很不方便、不经济的。而课堂上教师不作演示，则由于光的偏振性非常抽象，学生不易理解，这样会在一定程度上影响学生学习的积极性，不利于激发学生学习科学知识的兴趣。另外，目前学生做光的偏振实验时，大都是采用成本较高、价格较贵的“偏振光实验仪”，所用光源大都是低压钠光灯。这种仪器只能在实验室做分组实验，其优点是，可以观察到有关光偏振的多种现象；缺点是调节程序繁多，必须通过单筒望远镜观察光的偏振现象和光的偏振状态，视场范围狭小，且不便同时对偏振元件光轴和透振方向进行分析，造成观察现象与元件调节不能同时在一个视场范围内进行，不能做到偏振元件的调节和偏振现象观察的有机结合，在一定程度上增加了学生进行物理实验的难度，影响了他们在该项实验中创造性的发挥。值得一提的是仪器笨重，只能在实验室使用，不能带入教室、不便于课堂教学。
技术方案为了克服现有的大学、中专、中学在课堂教学中演示光的偏振实验现象和学生分组实验中存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低，调节简便，且可以方便携带；实验中可以使在不同方位上的更多学生能够在同一时刻清晰地观察到实验现象，无论教师用于演示实验，还是学生用于分组实验，都可以达到元件的调节与偏振状态分析的有机结合的以激光笔为光源的反射起偏的偏振光实验仪。
本实用新型解决其实际问题所采用的设计方案是包括仪器底座、固定的光学元件支柱、可转动方位的光学元件支柱、玻璃片框架、光学元件支架、波片支架、检片器支架、光屏支架、激光笔支柱连杆、激光笔支柱、激光笔、玻璃片、光学偏振元件、波片、检偏器、光屏；在仪器底座上安装固定的光学元件支柱，在固定的光学元件支柱的下部安装激光笔支柱连杆，在其中部安装装有玻璃片的玻璃片框架，在其上端通过支柱转动轴连接可转动方位的光学元件支柱；在可转动方位的光学元件支柱上从靠近支柱转动轴的一端向上依次安装装有光学偏振元件的光学元件支架、装有波片的波片支架、装有检偏器的检偏器支架、装有光屏的光屏支架；激光笔支柱连杆一端与固定的光学元件支柱联接，激光笔支柱连杆的另一端与激光笔支柱的下端联接，激光笔支柱的上端安装激光笔；激光笔产生的光束经玻璃片上表面反射，传播到可转动方位的光学元件支柱上的所需要的某个或几个支架的光学元件上，最终在光屏上呈现以上这些光学元件作用以后的激光光斑。
本实用新型的激光笔是通过激光笔可调装置安装在激光笔支柱上的。
本实用新型的激光笔可调装置是由激光笔方形框架、激光笔圆形支架组成，方形框架的底部安装竖直方向微调螺丝，侧面安装水平方向微调螺丝，激光笔圆形支架通过微调螺丝和弹性物安装在方形框架内，激光笔圆形支架与各微调螺丝接触处都有一个与微调螺丝顶部吻合的凹槽。
本实用新型的光屏采用磨砂半透明球体，光屏支架与可转动方位的光学元件支柱连接处装有一个可以改变光屏方位的光屏转动轴。
本实用新型的玻璃片采用底面涂黑上表面做反射面的普通平面薄玻璃，玻璃片通过可调节玻璃片方位的转动轴安装在玻璃片框架上。
本实用新型的有益效果是该偏振光实验仪反射起偏器采用普通平面薄玻璃底面涂黑、上表面作反射面的方法制作而成，制作成本低，整台仪器采用一体化结构，且结构简单，进一步降低了制作成本，以外形小巧、使用方便的激光笔作为光源，使光路调节更加简便，使其携带更加方便。该偏振光实验仪可以很方便地带入教室，在避开阳光直射的情况下就可以用于普通教室内课堂教学演示，该仪器由于采用旋转光屏，因此，能很容易地转动光屏方向，便于接收由检偏器透过的光束。由于光屏采用磨砂半透明球体，能方便地将偏振光实验现象展现给坐在不同方位上的更多的学生，使教室中各个方位的学生都能在同一时刻直接观察到清晰的光斑，有利于教师通过对实验现象的分析来讲解光的偏振知识，达到元件的调节与偏振状态分析的有机结合，提高了教学效果。该仪器的激光笔通过可调装置安装在激光笔支柱上，激光笔方形框架底部的两端分别安装竖直方向微调螺丝，在激光笔方形框架一侧安装水平方向微调螺丝，且微调螺丝与激光笔圆形支架连接处的凹槽吻合，使激光束竖直方向仰角俯角和水平方向偏角的调节互相影响的问题得到解决，使调节精度大大提高，而且降低了对制作工艺精度的要求，再次降低了仪器制作的成本。该偏振光实验仪可以进行各种有关光偏振的实验，不仅视场范围大，而且光屏上光斑亮度变化的清晰度高、可见度高。
图1是本实用新型的光路原理图。
图2是本实用新型的整体结构示意图。
图中1仪器底座，2固定的光学元件支柱，3玻璃片框架，4玻璃片方位的转动轴，5玻璃片，6可转动方位的光学元件支柱，7光学元件支架，8波片支架，9检偏器支架，10检偏器，11光屏，12光屏转动轴，13激光笔支柱连杆，14激光笔支柱，15激光笔方形框架，16弹性连接物，17竖直方向微调节螺丝，18水平方向微调节螺丝，19激光笔圆形支架，20支柱转动轴，21激光笔，22波片，23光屏，24凹槽。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
具体实施方式
如图1、图2所示，激光笔圆形支架(19)中的激光笔(21)发出的激光束经过激光束竖直方向微调螺丝(17)和激光束水平方向微调螺丝(18)的调节，使激光束照射到底面涂黑的平面薄玻璃片(5)上，调节玻璃片方位转动轴(4)和可转动方位的光学元件支柱(6)，使经该底面涂黑的平面薄玻璃片(5)反射后的激光束，又照射到检偏器支架(9)上的检偏器(10)上，转动检偏器(10)，根据在光屏支架(11)安装的光屏(23)上光斑的亮度变化情况以及有无光斑，可以确定经玻璃片(5)反射的光是否完全线偏振光，以此确定入射到玻璃片(5)上的激光束的入射角是否为布儒斯特角；在确定入射角为布儒斯特角后，固定玻璃片(5)的方位，利用它作为反射起偏的起偏器，此时反射的激光为光矢量振动方向与入射面垂直的完全线偏振光，使该光照射到波片支架(8)上的半波片(或四分之一波片)(22)上，由该波片(22)透射的光经检偏器(10)透射到光屏(23)上，由光屏(23)上光斑的亮度变化情况，可以分析经过波片(22)出射的光的偏振状态，也可以由光屏(23)上光斑亮度变化的情况，分析波片支架(8)上的波片(22)的属性(即波片是半波片还是四分之一波片)；还可以在光学元件支架(7)上放置一个光学元件(或适当小瓶的溶液，例如，蔗糖水等)，观察它的旋光现象。
在图2中，该偏振光实验仪的固定的光学元件支柱(2)的下端固定在仪器底座(1)的中央，其上端通过转动轴(20)与可转动方位的光学元件支柱(6)装接在一起，在固定的光学元件支柱(2)上靠近仪器底座(1)的一端离开仪器底座(1)一段距离的位置上安装着一根激光笔支柱连杆(13)；在固定的光学元件支柱(2)中部安装着一个玻璃片框架(3)，在玻璃片框架(3)靠近激光笔方形框架(15)的一端安装一个可调节玻璃片方位的转动轴(4)，可调节玻璃片方位的转动轴(4)上安装底面涂黑的平面薄玻璃片(5)。在可转动方位的光学元件支柱(6)上从靠近支柱转动轴(20)的一端向上依次安装光学元件支架(7)、波片支架(8)、检偏器支架(9)、光屏支架(11)，这些支架均可在可转动方位的光学元件支柱上转动且可沿该支柱上下平移；光学元件支架(7)上放置光学偏振元件，波片支架(8)上放置波片(22)，光屏支架(11)上放置光屏(23)，检片器支架(9)上装有一枚带指针的检偏器(10)，光屏支架(11)与可转动方位的光学元件支柱(6)连接处装有一个可以改变光屏方位的光屏转动轴(12)。
激光笔支柱连杆(13)一端与固定的光学元件支柱(2)固定联接在一起，激光笔支柱连杆(13)的另一端与激光笔支柱(14)的下端固定联接在一起，激光笔支柱(14)上端安装激光笔可调装置。
激光笔可调装置结构如图2所示，激光笔(21)通过可调节装置安装在激光笔支柱(14)上。可调装置是由激光笔方形框架(15)、圆形支架(19)、竖直方向微调螺丝(17)、水平方向微调螺丝(18)组成；激光笔方形框架(15)固定在激光笔支柱(14)上，激光笔圆形支架(19)内安装激光笔(21)，激光笔方形框架(15)底部的两端分别安装竖直方向微调螺丝(17)，在激光笔方形框架(15)的一个侧面安装水平方向微调螺丝(18)，圆形支架(19)的底部和一侧设有与微调螺丝顶部相吻合的凹槽(24)；激光笔圆形支架(19)通过其底部的凹槽(24)与激光笔方形框架(15)底部两端的竖直方向微调螺丝(17)吻合联接，激光笔圆形支架(19)一侧的凹槽(24)与同侧的激光笔方形框架(15)的激光束水平方向微调螺丝(18)吻合联接，其另一侧和底部两端均通过弹性连接物(16)与激光笔方形框架(15)联接。利用微调螺丝(17)，对激光笔发出的光束做竖直方向仰角俯角的微调，用微调螺丝(18)对激光笔发出的光束进行水平方向偏角微调。
本实用新型的固定的光学元件支柱、激光笔支柱连杆、激光笔支柱和激光笔方形框架，均是一体化(一体)的。
用体积小、输出功率约为1毫瓦的笔式激光器(本文中称为激光笔)为光源；激光笔发出的激光束，照射到底面涂黑的平面薄玻璃上，由该平面薄玻璃上表面反射的光束，经检偏器作用后，照射到光屏上，通过旋转检偏器同时对光屏上光斑亮度变化情况和有无光斑的观察和分析，可以分析反射光的偏振状态，也可以通过入射角为布儒斯特角时反射光是电矢量振动方向与入射面垂直的完全线偏振光，对透过波片后的光，又透过检偏器到达光屏上的光斑的亮度变化，或旋转检偏器时光屏上的光斑亮度变化和光斑是否存在的分析，判断波片的性质。还可以在光学元件支架上放置某些光学元件或瓶装液体，通过入射角为布儒斯特角时，反射光为线偏振光，经这些光学元件或瓶中液体作用后，光屏上光斑随检偏器旋转时变化的情况，分析或了解这些光学元件的偏振功能或瓶中液体的旋光作用。总之，该偏振光实验仪可以进行各种有关光偏振的实验，不仅视场范围大，而且光屏上光斑亮度变化的清晰度高、可见度高，达到元件的调节与偏振状态分析的有机结合。
权利要求1.一种反射起偏的偏振光实验仪，其特征是它包括仪器底座、固定的光学元件支柱、可转动方位的光学元件支柱、玻璃片框架、光学元件支架、波片支架、检片器支架、光屏支架、激光笔支柱连杆、激光笔支柱、激光笔、玻璃片、光学偏振元件、波片、检偏器、光屏；在仪器底座上安装固定的光学元件支柱，在固定的光学元件支柱的下部安装激光笔支柱连杆，在其中部安装装有玻璃片的玻璃片框架，在其上端通过支柱转动轴连接可转动方位的光学元件支柱；在可转动方位的光学元件支柱上从靠近支柱转动轴的一端向上依次安装装有光学偏振元件的光学元件支架、装有波片的波片支架、装有检偏器的检偏器支架、装有光屏的光屏支架；激光笔支柱连杆一端与固定的光学元件支柱联接，激光笔支柱连杆的另一端与激光笔支柱的下端联接，激光笔支柱的上端安装激光笔。
2.根据权利要求1所述的反射起偏的偏振光实验仪，其特征是激光笔通过激光笔可调装置安装在激光笔支柱上。
3.根据权利要求2所述反射起偏的偏振光实验仪，其特征是激光笔可调装置是由激光笔方形框架、激光笔圆形支架组成；方形框架的底部安装竖直方向微调螺丝，侧面安装水平方向微调螺丝，激光笔圆形支架通过微调螺丝和弹性物安装在方形框架内，激光笔圆形支架与各微调螺丝接触处都有一个与微调螺丝顶部吻合的凹槽。
4.根据权利要求1或3所述反射起偏的偏振光实验仪，其特征是光屏采用磨砂半透明球体，光屏支架与可转动方位的光学元件支柱连接处装有一个可以改变光屏方位的光屏转动轴。
5.根据权利要求4所述反射起偏的偏振光实验仪，其特征是玻璃片采用底面涂黑上表面做反射面的普通平面薄玻璃片，玻璃片通过可调节玻璃片方位的转动轴安装在玻璃片框架上。
专利摘要本实用新型公开了一种偏振光实验仪，解决了视场范围小、不便携带等问题。技术方案底座安装固定的光学元件支柱，其下部安装激光笔支柱连杆，其中部安装玻璃片框架，其上端通过支柱转动轴连接可转动方位的光学元件支柱，该支柱上装有光学元件支架、波片支架、检偏器支架、光屏支架；激光笔支柱连杆一端与固定的光学元件支柱联接，另一端与激光笔支柱的下端联接，激光笔支柱的上端安装激光笔；激光笔产生的光束经玻璃片上表面反射，传播到所需要的某个或几个支架的光学元件上，最终在光屏上呈现光学元件作用后的激光光斑。它结构简单成本低，体积小，方便携带，便于普通课堂教学演示，能清晰的观察实验现象，提高教学效果。
文档编号G09B23/00GK2657134SQ0325813
公开日2004年11月17日 申请日期2003年7月25日 优先权日2003年7月25日
发明者李雅峰 申请人:天津师范大学