一种封闭式激光旋转光栅衍射仪的制作方法

本实用新型涉及激光的干涉衍射现象演示设备领域，具体的说，是涉及一种封闭式激光旋转光栅衍射仪。

背景技术：

激光是二十世纪的四大科技发明之一，与原子能、半导体和计算机一起共同奠定了世界科技进步的基础，许多神秘的光现象在激光产生之后得到了解释，尤其是光的波粒二象性中的波动性，可以用激光展示的淋漓尽致。光的波动性的主要标志是光的衍射和干涉，满足衍射和干涉条件的光称为相干光，激光的相干性好，用来展示衍射和干涉最为适合。

然而目前科技馆内使用激光技术的展品不多，究其原因，主要是由激光的特性造成的，激光具有四大特性：方向性好、单色性好、相干性好、光亮度高。方向性和单色性好导致激光呈现为很小的单色光点，观赏性受到限制；光亮度高则容易导致激光对人眼的危害难以控制；由此也造成相干性好的特点无法展示。另外，对于单缝衍射来说，当光通过狭缝时，狭缝的宽度越窄，产生的衍射现象越明显，然而狭缝越窄，通过的光强度则越弱，影响观察。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，通过采用激光和光栅来实现明显的衍射和干涉现象显示，光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，当激光透过光栅时，受单缝衍射和多缝干涉的同时作用，激光在不同的方向得到加强或减弱，在空间形成明暗不同的衍射花样，同时，为了保证安全性，将整个演示系统封装在封闭观看箱内，通过窗口观察，窗口采用茶色玻璃减弱光强，保护眼睛。

为了实现上述目的，本实用新型的一种技术方案如下：

一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，包括观看箱，所述观看箱为密闭箱体，所述观看箱内部两端分别设有激光光栅衍射演示系统和展示屏，所述观看箱与展示屏相对的一端箱体上设有透明观察窗口和多个按钮式开关，所述观看箱侧面安装有手摇柄，所述手摇柄和多个按钮式开关分别与激光光栅衍射演示系统相连。

进一步的，所述激光光栅衍射演示系统包括多个激光器，所述多个激光器封装于一密封盒里，所述密封盒的壳体上设有多个光栅，所述激光器与光栅一一对应。

进一步的，每个所述光栅都包括固定光栅和旋转光栅，所述激光器、固定光栅和旋转光栅排列于一条直线上。

进一步的，每个所述旋转光栅上都套设有传动齿轮，所述传动齿轮并排设置并互相啮合，所述传动齿轮与观看箱侧面的手摇柄联动。

进一步的，所述固定光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅，所述旋转光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅。

进一步的，每个所述按钮式开关分别通过一个继电器与激光光栅衍射演示系统相连。

进一步的，所述透明观察窗口处设有茶色玻璃。

进一步的，所述观看箱底部设有支架，所述支架包括但不限于设于观看箱底部的四个支柱。

本实用新型的另一种技术方案如下：

一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，包括观看箱，所述观看箱为密闭箱体，所述观看箱内部两端分别设有激光光栅衍射演示系统和展示屏，所述观看箱与展示屏相对的一端箱体上设有透明观察窗口和按钮式开关，所述按钮式开关通过电机与激光光栅衍射演示系统相连。

进一步的，所述激光光栅衍射演示系统包括多个激光器，所述多个激光器封装于一密封盒里，所述密封盒的壳体上设有多个光栅，所述激光器与光栅一一对应。

进一步的，每个所述光栅都包括固定光栅和旋转光栅，所述激光器、固定光栅和旋转光栅排列于一条直线上。

进一步的，每个所述旋转光栅上都套设有传动齿轮，所述传动齿轮并排设置并互相啮合，所述传动齿轮采用电机进行旋转控制。

进一步的，所述固定光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅，所述旋转光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅。

进一步的，所述透明观察窗口处设有茶色玻璃。

进一步的，所述观看箱底部设有支架，所述支架包括但不限于设于观看箱底部的四个支柱。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型采用激光和衍射光栅展示光的波动性，有效解决了光的干涉衍射现象演示过程中现象不易观察的问题；

2)本实用新型将激光光栅衍射演示系统设置在密闭的观看箱内后，避免了人眼直视激光光源所带来的伤害，同时观察窗口设置的茶色玻璃进一步保证了人眼的安全性；

3)在手摇柄控制方式中，本实用新型在观看箱外安装按钮式开关控制激光器颜色转换，通过外接手摇柄控制光栅的旋转速度和旋转方向，提高了展品的参与度和互动性；在电机控制方式中，本实用新型操作起来十分简便，只需按下启动按钮就可观看到不同颜色、图案的激光衍射现象，同时电机控制下的演示系统定时、匀速运行，避免了人为操作带来的损坏，延长展品的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型一种实施例的观看箱箱体主视图；

图2为本实用新型一种实施例的观看箱箱体右视图；

图3为本实用新型一种实施例的观看箱箱体俯视图；

图4为本实用新型一种实施例的激光光栅衍射演示系统的内部构造图，其中(a)为俯视图，(b)为右视图；

图5为本实用新型激光衍射原理图；

图6(a)～(c)为本实用新型另一种实施例的观看箱结构示意图，(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图；

图7为本实用新型另一种实施例的激光光栅衍射演示系统的内部构造图；

图8为本实用新型另一种实施例的激光光栅衍射演示系统的控制电路图。

其中：1-1、观看箱，1-2、支架，1-3、手摇柄，1-4、观察窗口，1-5、按钮式开关，1-6、激光光栅衍射演示系统，1-7、展示屏；

2-1、观看箱，2-2、支架，2-3、观察窗口，2-4、按钮式开关，2-5、展示屏、2-6、激光光栅衍射演示系统。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在激光技术演示光的干涉衍射现象过程中成像较小、不易观察、图案单调、激光对人眼容易造成伤害等问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，通过采用激光和光栅来实现明显的衍射和干涉现象显示，光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，当激光透过光栅时，受单缝衍射和多缝干涉的同时作用，激光在不同的方向得到加强或减弱，在空间形成明暗不同的衍射花样，同时，为了保证安全性，将整个演示系统封装在封闭观看箱内，通过窗口观察，窗口采用茶色玻璃减弱光强，保护眼睛。

如图1-3所示，本实用新型的一种实施例中，一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，包括观看箱1-1，所述观看箱1-1为密闭箱体，所述观看箱1-1内部两端分别设有激光光栅衍射演示系统1-6和展示屏1-7，所述观看箱1-1与展示屏1-7相对的一端箱体上设有透明观察窗口1-4和多个按钮式开关1-5，所述观看箱1-1侧面安装有手摇柄1-3，所述手摇柄1-3和多个按钮式开关1-5与激光光栅衍射演示系统1-6相连。

如图4(a)-图4(b)所示，所述激光光栅衍射演示系统1-6包括多个激光器，所述多个激光器封装于一密封盒里。

具体实施中，所述激光器包括红光激光器、绿光激光器、蓝光激光器和白光激光器。

所述密封盒里的外壳上设有多个光栅，所述激光器与光栅一一对应。

如图5所示，每个所述光栅都包括固定光栅和旋转光栅，所述激光器、固定光栅和旋转光栅排列于一条直线上。在演示过程中，激光先后通过两个光栅，固定光栅和旋转光栅后，光栅发生相对旋转，构成的衍射图案投射到展示屏1-7上。

如图4(a)-图4(b)所示，每个所述旋转光栅上都套设有传动齿轮，所述传动齿轮并排设置并互相啮合，所述传动齿轮与观看箱1-1侧面的手摇柄1-3联动。

具体实施中，所述最外侧的传动齿轮与直角齿轮啮合，所述直角齿轮设于手摇柄1-3的传动轴上。

由上述设置可知，本实用新型采用机械手段实现光栅旋转速度和旋转方向的控制，在具体演示过程中，转动观看箱外侧的手摇柄1-3，通过齿轮传动带动光栅转动，可加快或者放慢转动速度，演示衍射图案的变化规律。

所述固定光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅。

所述旋转光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅。

如图1所示，所述观察箱1-1上设有多个按钮式开关1-5，每个所述按钮式开关1-5分别通过一个继电器与激光光栅衍射演示系统1-6相连。

具体实施中，每按动一个按钮式开关1-5，就会触发相应的继电器，关闭正在运行的激光器，同时启动该按钮式开关1-5对应的激光器，从而实现不同激光颜色和衍射图案的转换。

所述透明观察窗口1-4处设有茶色玻璃。

所述观看箱1-1底部设有支架1-2，所述支架1-2包括但不限于设于观看箱底部的四个支柱。

在该实施例中，观众在观看箱外安装按钮式开关控制激光器颜色转换，通过外接手摇柄控制光栅的旋转速度和旋转方向，提高了展品的参与度和互动性。

如图6所示(a)～(c)所示，本实用新型的另一实施例中，一种封闭式激光旋转光栅衍射仪，包括观看箱2-1，所述观看箱2-1为密闭箱体，所述观看箱2-1内部两端分别设有激光光栅衍射演示系统2-6和展示屏2-5，所述观看箱2-1与展示屏2-5相对的一端箱体上设有透明观察窗口2-3和按钮式开关2-4，所述按钮式开关2-4通过电机与激光光栅衍射演示系统2-6相连。

如图7所示，所述激光光栅衍射演示系统2-6包括多个激光器，所述多个激光器封装于一密封盒里，所述密封盒的壳体上设有多个光栅，所述激光器与光栅一一对应。

具体实施中，所述激光器包括红光激光器、绿光激光器、蓝光激光器和白光激光器。

每个所述光栅都包括固定光栅和旋转光栅，所述激光器、固定光栅和旋转光栅排列于一条直线上。在演示过程中，激光先后通过两个光栅，固定光栅和旋转光栅后，光栅发生相对旋转，构成的衍射图案投射到展示屏上。

每个所述旋转光栅上都套设有传动齿轮，所述传动齿轮并排设置并互相啮合，所述传动齿轮采用电机进行旋转控制。

所述固定光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅，所述旋转光栅为直线条纹型光栅、正交格子型光栅或圆心型光栅。

所述透明观察窗口2-3处设有茶色玻璃。

所述观看箱2-1底部设有支架2-2，所述支架2-2包括但不限于设于观看箱2-1底部的四个支柱

本实施例的具体实施过程包括：

打开观看箱外侧的按钮式开关，触发控制电路中的继电器，每个激光器运行15秒后自动关闭正在运行的激光器，同时启动下一种颜色的激光器，四种激光器循环启动，实现不同颜色和衍射图案的转换，具体电路结构如图8所示；

本实施例采用电机替代手摇柄1-3，实现旋转光栅旋转速度和旋转方向的控制自动化，打开观看箱外侧按钮式开关启动激光器的同时启动电机转动，通过齿轮传动带动光栅转动。

在该实施例中，观众操作起来十分简便，只需按下启动按钮就可观看到不同颜色、图案的激光衍射现象，同时电机控制下的演示系统定时、匀速运行，避免了人为操作带来的损坏，延长展品的使用寿命。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。