专利名称：泊松亮斑实验演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学仪器，具体涉及一种泊松亮斑实验演示仪。
背景技术：
光的波动性是大学物理课程中的重要内容。泊松亮斑为当光照到不透光的小圆板上时，在光屏的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。其是由菲涅尔半波带理论推导出的结论，是光学研究中物理现象与数学观念完美结合，在证明光的波动性中极其具有直观说服力。泊松亮斑实验是光波动理论的有力证明，在课堂上演示该实验现象，对学生深刻理解光的波动性无疑起着重要作用。为了使泊松亮斑这一看似荒诞但又极具理性的实验现象走进课堂，很多实验工作者通过文章、专利形式公开了自己的设计，但是由于该实验现象出现条件较为苛刻，现有的泊松亮斑实验装置大多光路过长，一般为5-7m，占用实验场地大；并且实验现象不清晰，观看费劲，从而在课堂上演示效果不佳。从菲涅尔半波带理论看，圆屏衍射的亮斑主要是没有被障碍物遮住的光绕过障碍物的结果。(参见图2)如果障碍物尺寸明显大于激光光斑，则实验现象非常微弱乃至于根本就看不到；如果在光源与障碍物之间没有相应调节装置，想要在P点观看到明显的亮斑，解决的方法有如下几种:第一:增加激光光源与障碍物之间的距离，这样做会导致光路延长。第二:增大激光器本身的光斑，但是激光器本身基本无调节余地，或者调节难度比较大。第三:减小障碍物尺寸，但是障碍物如太小，实验现象就非常不明显。CN2924694公开的“泊松亮斑演示仪”解决光源与障碍物之间调节问题。如何解决松亮斑实验装置光路过长的问题，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容针对现有技术存在的上述不足，本实用新型解决泊松亮斑实验装置光路过长、很难在课堂上进行演示的问题，而提供一种小型化的泊松亮斑实验演示仪。为了解决所述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:泊松亮斑实验演示仪，包括光源、不透明圆形障碍物和光屏，不透明圆形障碍物设于光源与光屏之间的光路中，还包括至少一个平面镜，所述平面镜将光源发射的光反射至光屏，所述平面镜设置在光源与不透明圆形障碍物之间的光路中，和设置在不透明圆形障碍物和光屏之间的光路中；所述不透明圆形障碍物的尺寸与光的波长之间满足衍射条件。所述激光经过扩束后能绕过不透明圆形障碍物的光强足够强。进一步，还包括扩束镜，所述扩束镜设于光源与不透明圆形障碍物之间的光路中，光源发出的光经扩束镜扩散后直接照射在不透明圆形障碍物上或经平面镜反射后照射在不透明圆形障碍物上，再反射照射到光屏上；所述扩束镜为凹透镜。进一步，还包括凸透镜，所述凸透镜设于不透明圆形障碍物与光屏之间的光路中。相比现有技术，本发明具有如下有益效果:[0011]1、本实用新型采用多面平面镜折回设置用以反射光，实现了实验场地小型化，避免了演示光路过长，占用场地过大的问题，整个实验占用场地究竟不到lrn2。2、采用扩束镜扩散光源发出的光，实现了障碍物尺寸达到厘米量级。3、利用凸透镜对实验现象进行扩大，实验现象更清晰，课堂演示效果更佳，更便于观察。
图1是本实用新型泊松亮斑实验演示仪的结构示意图。图2是本实用新型泊松亮斑实验演示仪的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。如图1所示:泊松亮斑实验演示仪，包括光源1、钢珠4和光屏6，光源I采用激光器，钢珠4设于光源I与光屏6之间的光路中。本实用新型还包括4个平面镜，分别为第一平面镜31、第二平面镜32、第三平面镜33和第四平面镜34。由激光器I发出的光通过扩束镜2扩散后照射在第一平面镜31的镜面上，在第一平面镜31的镜面发生反射，反射后照射在钢珠4上，发生衍射现象。通过钢珠4的光依次照射在第二平面镜32、第三平面镜33和第四平面镜34的镜面上且均发生反射，反射后经凸透镜5照射在光屏6上；光屏6为毛玻璃制成。在光屏6上即可观察到钢珠4的影子中央为一亮点，周围有间距不等明暗相间的衍射圆环，直径达到 10cm。所述钢珠4的尺寸与光的波长之间满足衍射条件。扩束镜为凹透镜，钢珠4通过磁针针尖吸附悬挂在支架上。钢珠4的尺寸与经扩束镜扩散的光的波长之间满足衍射条件。所述激光经过扩束后能绕过不透明圆形障碍物的光强足够强。为了放大实验现象，更便于观察，在平面镜与光屏6之间还设有凸透镜5。需要说明的是，本实用新型平面镜也可以采用一面、两面或多面平面镜进行折回设置，用以延长反射光路，实现实验场地小型化，避免演示光路过长，占用场地过大的问题。所述平面镜为2、4或6面较为合适。本实用新型在激光光源与障碍物之间增加凹透镜，利用凹透镜对激光光斑进行扩束，则可调节光源与障碍物的距离，同时也可以实现对障碍物尺寸进行选择，原理如图2所示，凹透镜扩束后，激光光斑绕过障碍物汇集在P点，P点出现亮斑；还可通过调节凹透镜的位置和焦距来调节激光光源与障碍物的距离以及障碍物的尺寸。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.泊松亮斑实验演示仪，包括光源(I)、不透明圆形障碍物(4)和光屏(6)，不透明圆形障碍物(4)设于光源(I)与光屏(6)之间的光路中，其特征在于，还包括至少一个平面镜，所述平面镜将光源(I)发射的光经过折回反射后投射至光屏(6 )，所述平面镜设置在光源(I)与不透明圆形障碍物(4)之间的光路中，和设置在不透明圆形障碍物(4)和光屏(6)之间的光路中。
2.根据权利要求1所述的泊松亮斑实验演示仪，其特征在于，还包括扩束镜(2)，所述扩束镜(2)设于光源(I)与不透明圆形障碍物(4)之间的光路中，光源(I)发出的光经扩束镜(2)扩散后直接照射在不透明圆形障碍物(4)上或经平面镜反射后照射在不透明圆形障碍物(4)上，再反射照射到光屏(6)上；所述扩束镜(2)为凹透镜。
3.根据权利要求1或2所述的泊松亮斑实验演示仪，其特征在于，还包括凸透镜(5)，所述凸透镜(5)设于不透明圆形障碍物(4)与光屏之间的光路中。
4.根据权利要求1所述的泊松亮斑实验演示仪，其特征在于，所述平面镜为2飞面。
5.根据权利要求1所述的泊松亮斑实验演示仪，其特征在于，所述不透明圆形障碍物(4)为钢珠，所述钢珠通过磁针吸附悬挂在支架上。
6.根据权利要求4所述的泊松亮斑实验演示仪，其特征在于，所述平面镜为4个，分别为第一平面镜(31)、第二平面镜(32)、第三平面镜(33)和第四平面镜(34)，所述光源(I)发射的光经扩束镜(2)扩散后照射在第一平面镜(31)上，扩散光经第一平面镜(31)反射后照射在不透明圆形障碍物(4)上，不透明圆形障碍物(4)的投影依次经第二平面镜(32)、第三平面镜(33)和第四平面镜(3·4)反射后，经凸透镜(5)照射在光屏(6)上。
专利摘要本实用新型公开了一种泊松亮斑实验演示仪，包括光源、不透明圆形障碍物和光屏，不透明圆形障碍物设于光源与光屏之间的光路中，还包括至少一个平面镜，所述平面镜将光源发射的光经过折回反射后投射至光屏，所述平面镜设置在光源与不透明圆形障碍物之间的光路中，和设置在不透明圆形障碍物和光屏之间的光路中；其采用多面平面镜折叠设置用以反射光，实现了实验场地小型化，避免了演示光路过长，占用场地过大的问题，整个实验占用场地约0.6m2。
文档编号G09B23/22GK203134232SQ20132016054
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者刘强, 梁霄, 冯文林, 聂喻梅, 魏强, 龚恒翔, 田源 申请人:重庆理工大学