超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器的制造方法
【專利摘要】一種超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器，在光具座的左端設置有激光器、右端設置有光屏，激光器與光屏之間激光出射光方向光具座上設置有超聲光柵槽，在激光器與超聲光柵槽之間激光出射光方向光具座上設置有柱透鏡。本實用新型解決了采用分光計實驗測量時衍射條紋直觀性差的問題，以及傳統的采用激光束直接通過超聲光柵形成的衍射光斑分離不清、無法測量的問題，具有結構簡單、成本低、安裝調試簡單、演示直觀等優點，實現了在常規條件下超聲光柵衍射圖像的觀察和可視演示，作為實驗儀器有較高的測量精度，可作為光學演示與實驗測量儀器。
【專利說明】超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光學教學演示和實驗儀器【技術領域】，具體涉及到聲光效應實驗儀器。
【背景技術】
[0002]超聲光柵是一種特殊的光柵,在大學物理實驗教學、光信息實驗、研究聲對光的調制中，有著特殊的作用。
[0003]超聲光柵與普通刻線光柵或全息光柵的不同之處主要有兩點:其一，光柵形成的機理不同；其二，普通的光柵常數固定不變，而超聲光柵的光柵常數隨超聲波的波長變化。超聲波在液體中形成超聲光柵的模式有兩種，一種是液體內只有換能器發射的超聲波而沒有反射波，其結構特征為在換能器的對面安裝有吸收聲波的材料，行波光柵的柵面在空間隨時間移動；另一種是超聲駐波光柵，駐波光柵的結構特征為在換能器的對面有聲波反射面，液體中有換能器的發射波和反射面的反射波，當發射波與反射波疊加且滿足駐波形成的條件時，就會形成超聲駐波，從而形成超聲駐波光柵，駐波光柵的柵面在空間的位置固定，駐波的振幅是發射波的2倍，將使液體的折射率發生更強的變化，從而使通過超聲光柵的光波發生更強的衍射。
[0004]通過超聲光柵測量液體中的聲速，是大學物理光學實驗中的重要內容。目前所使用的測量方法主要有兩種:其一，利用分光計進行測量；其二，在光具座上進行測量。前者雖然測量精度較高，但儀器的結構復雜、成本高、調試難度大，特別是直觀性差，無法實現常規條件下的可視化演示。因此，在激光引入基礎物理實驗后，出現了在光具座上進行超聲光柵實驗測量的方法與裝置。
[0005]專利號為ZL200620072245.6、發明名稱為《液體聲高效應實驗儀》的中國實用新型專利，專利號為ZL200820088221.9、發明名稱為《激光超聲光柵演示實驗儀》的中國實用新型專利，分別提出了在光具座上實現超聲光柵的實驗測量裝置。其主要的技術方案是，激光束經擴束鏡擴束后再通過超聲光柵，然后在屏幕上觀察和測量衍射條紋。其主要缺點在于所形成的衍射圖像為連在一起直徑大小不同的光斑，圖像不清晰，且可視性差、測量誤差大。

【發明內容】

[0006]本實用新型所要解決的技術問題在于克服上述液體聲高效應實驗儀和激光超聲光柵演示實驗儀的缺點，提供一種結構簡單、成本低，調試簡單，可視性好、衍射圖像為線狀條紋且圖像清晰、實驗測量精度較高的超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器。
[0007]解決上述技術問題所采用的技術方案是:在光具座的左端設置有激光器、右端設置有光屏，激光器與光屏之間激光出射光方向光具座上設置有超聲光柵槽，在激光器與超聲光柵槽之間激光出射光方向光具座上設置有柱透鏡。
[0008]本實用新型的柱透鏡為圓柱透鏡。[0009]本實用新型的圓柱透鏡的外徑為I~10mm。
[0010]本實用新型的圓柱透鏡的外徑最佳為5.5_。
[0011]本實用新型采用激光器出射的激光束通過柱透鏡變換為線光源，垂直入射于超聲光柵槽入射側壁的線光源，通過超聲光柵槽中液體形成的超聲光柵時產生衍射，在光屏上形成一系列以零級條紋為對稱的平行、清晰的線狀激光衍射條紋。本實用新型解決了采用分光計實驗測量時衍射條紋直觀性差的問題，以及傳統的采用激光束直接通過超聲光柵形成的衍射光斑分離不清、無法測量的問題，具有結構簡單、成本低、安裝調試簡單、演示直觀等優點，實現了在常規條件下超聲光柵衍射圖像的觀察和可視演示，作為實驗儀器有較高的測量精度，可作為光學演示與實驗測量儀器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。
[0013]圖2是超聲光柵線狀激光的衍射圖像。
[0014]圖3是本實用新型的實驗測量原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限于這些實施例。
[0016]實施例1
[0017]在圖1中，本實施例的超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器由激光器1、柱透鏡2、超聲光柵槽3、光屏4、光具座5聯接構成。
[0018]本實施例的激光出射光方向光具座5上表面標有長度計量單位刻度，刻度的單位為_，在光具座5的左端用螺紋緊固聯接件固定聯接有激光器I，激光器I為He-Ne激光器，也可采用半導體激光器，激光器I用于產生可見激光。光具座5的右端用螺紋緊固聯接件固定聯接有光屏4，光屏4用于成像，激光器I與光屏4之間激光出射光方向光具座5上用螺紋緊固聯接件固定聯接有柱透鏡2，柱透鏡2為圓柱透鏡，圓柱透鏡的外徑外徑為5.5mm,柱透鏡2將激光器出射的激光束變為線光源。柱透鏡2與光屏4之間激光出射光方向光具座5上用螺紋緊固聯接件固定聯接有超聲光柵槽3，激光器I出射的激光束通過柱透鏡2變為線光源，垂直于超聲光柵槽3入射側壁的線光源,通過超聲光柵槽3中液體形成的超聲光柵時產生衍射，在光屏上形成一系列以零級為對稱的平行、清晰的線狀衍射條紋，見圖2。
[0019]圖3給出了采用本實用新型超聲光柵的實驗測量原理圖。在圖3中，采用本實用新型測量超聲光柵的一級衍射條紋的衍射角按下式進行計算:
【權利要求】
1.一種超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器，在光具座(5)的左端設置有激光器(I)、右端設置有光屏(4)，激光器(I)與光屏(4)之間激光出射光方向光具座(5)上設置有超聲光柵槽(3),其特征在于:在激光器(I)與超聲光柵槽(3)之間激光出射光方向光具座(5)上設置有柱透鏡(2)。
2.根據權利要求1所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器，其特征在于:所述的柱透鏡(2)為圓柱透鏡。
3.根據權利要求2所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器，其特征在于:所述的圓柱透鏡的外徑為I?10mm。
4.根據權利要求2所述的超聲光柵線狀激光衍射的教學演示與實驗儀器，其特征在于:所述的圓柱透鏡的外徑為5.5_。
【文檔編號】G09B23/22GK203812470SQ201420237802
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】張宗權, 黃育紅, 劉志存, 任俊鵬, 姚志, 辛經緯 申請人:陜西師范大學