專利名稱：一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，具體為一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具。
背景技術(shù)：
光束發(fā)散角是光束的重要參數(shù)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要直觀的顯示，加深學(xué)生的印象，提 高教學(xué)效果。現(xiàn)有多種光束發(fā)散角的測(cè)量方法。發(fā)明專利01108756. 0 “激光光束發(fā)散角測(cè)試方法”采用CCD相機(jī)接收激光器的 光束在標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的后焦面處形成的聚焦光斑的信號(hào)，獲得光斑光強(qiáng)分布信號(hào)，計(jì)算出激光 器發(fā)出的激光光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角2 θ。此方法適合測(cè)量小口徑、小發(fā)散角、以及非徑向?qū)ΨQ 的激光光束。發(fā)明專利200310123408. X “激光器發(fā)散角測(cè)量?jī)x和測(cè)量方法”采用旋轉(zhuǎn)微調(diào)架驅(qū) 動(dòng)激光器旋轉(zhuǎn)掃描，固定的光纖頭接收激光器光束光斑的光強(qiáng)并將接收的光強(qiáng)導(dǎo)入光功率 計(jì)，從而獲得光斑光強(qiáng)分布信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出激光器發(fā)出的激光光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角2 θ。此 方法適合測(cè)量不同口徑、不同發(fā)散角、以及非徑向?qū)ΨQ的激光光束。現(xiàn)有的光束發(fā)散角測(cè)量方法自動(dòng)化程度高、精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、不直觀， 不適于做幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)教具。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具，該教具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、成本低和直觀的特點(diǎn)。本實(shí)用新型提供的一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具，其特征在于該教學(xué)實(shí)驗(yàn)教 具包括發(fā)光源器件、第一底板、發(fā)光源器件放置器、第一軸向距離標(biāo)尺、第二軸向距離標(biāo)尺、 縱向標(biāo)尺和等厚薄板對(duì)；X向是指發(fā)光源器件發(fā)光的設(shè)計(jì)軸線的方向，Y向是指垂直軸向的方向，第一軸向 距離標(biāo)尺、第二軸向距離標(biāo)尺均沿X向放置，第一軸向距離標(biāo)尺、第二軸向距離標(biāo)尺相互平 行且標(biāo)尺起點(diǎn)相同，第一軸向距離標(biāo)尺、第二軸向距離標(biāo)尺均與第一底板平行且固連；發(fā)光 源器件放置器與第一軸向距離標(biāo)尺、第二軸向距離標(biāo)尺垂直且固連，并位于第一底板的一 端；發(fā)光源器件放置器上設(shè)有深度不同的V型槽，V型槽的兩面平行于X向，發(fā)光源器 件放置于所述V型槽中，等厚薄板對(duì)墊在發(fā)光源器件下；縱向標(biāo)尺沿Y向活動(dòng)放置于第一底 板上。應(yīng)用本實(shí)用新型可測(cè)不同光源的發(fā)散角，包括激光束的發(fā)散角，是一種良好的幾 何光學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。對(duì)大發(fā)散角，將活動(dòng)的縱向標(biāo)尺置于不同軸向距離處，可測(cè)得距離和 光斑的直徑，進(jìn)而計(jì)算出光束的發(fā)散角；對(duì)小發(fā)散角，用光行程倍增器獲得大光行程距離， 從而測(cè)得計(jì)算出距離和測(cè)得光斑直徑，進(jìn)而計(jì)算出光束的發(fā)散角。在光行程倍增器的設(shè)計(jì)中運(yùn)用折疊光路，通過兩面定距離的平行反射鏡來倍增光行程，并通過光入射兩面平行反 射鏡的入射角的調(diào)整來改變倍增光行程的倍數(shù)，擴(kuò)展了小發(fā)散角的測(cè)量范圍。此裝置使實(shí) 驗(yàn)操作方便，結(jié)果可靠。采用的實(shí)驗(yàn)原理直觀清晰，有利于學(xué)生對(duì)基本幾何光學(xué)概念的理解 和掌握?？傊緦?shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大小可控制和成本低的特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光行程倍增器的示意圖；圖3是光行程倍增器的帶孔活動(dòng)標(biāo)尺的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3為本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，定義發(fā)光源器件發(fā)光的設(shè)計(jì)軸線的軸向距離(即第一底板2長(zhǎng)度) 方向?yàn)閄向、同時(shí)第一底板2的底面平行X向，第一底板2寬度方向(即垂直軸向的方向) 為Y向。本實(shí)用新型提供的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具包括發(fā)光源器件1、第一底板2、發(fā)光源器件放置 器3、第一軸向距離標(biāo)尺4、第二軸向距離標(biāo)尺5、縱向標(biāo)尺7和等厚薄板對(duì)8。第一、第二軸向距離標(biāo)尺4和5均沿X向放置，相互平行且標(biāo)尺起點(diǎn)相同，第一、第 二軸向距離標(biāo)尺4、5均與第一底板2平行且固連；發(fā)光源器件放置器3與第一、第二軸向距 離標(biāo)尺4、5垂直且固連，并位于第一底板2的一端。發(fā)光源器件放置器3上有深度不同的V型槽，V型槽的兩面平行于X向，發(fā)光源器 件1放置于發(fā)光源器件放置器3上的V型槽中，就保證了發(fā)光源器件1的發(fā)光軸線平行于X 向；發(fā)光源器件1有數(shù)個(gè)種類，如手電筒、LED和LD等。等厚薄板對(duì)8有不同的厚度，由于 發(fā)光源器件1的直徑不同，用不同厚度的等厚薄板對(duì)8墊在發(fā)光源器件1下，以保證不同直 徑的發(fā)光源器件1的光軸到第一底板2的底面的距離?？v向標(biāo)尺7沿Y向活動(dòng)放置于第一底板2上，利用第一、第二軸向距離標(biāo)尺4、5控 制其定位精度和垂直X向。上述結(jié)構(gòu)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具可以用于測(cè)量大角度的發(fā)散角，當(dāng)增設(shè)光行程倍增器6 時(shí)，就還可以用于測(cè)量小角度的發(fā)散角。光行程倍增器6活動(dòng)安裝在第一底板2上并位于第一、第二軸向距離標(biāo)尺4、5之 間，而且與X向之間的夾角α等于設(shè)定的角度。如圖2所示，光行程倍增器6由第二底板9、第一、第二反射鏡10和11、帶孔活動(dòng) 標(biāo)尺12組成，第一、第二反射鏡10和11是一對(duì)平行的長(zhǎng)條形反射鏡，距離為d，第一反射鏡 10的背板上用螺釘安裝有帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12，在第二反射鏡11上設(shè)置有反射起點(diǎn)標(biāo)志13， 第一、第二反射鏡10和11均與第二底板9垂直固連，并均與第二底板9的第一軸向邊C垂 直，C邊是指與帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12相鄰的邊。圖3是帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12的結(jié)構(gòu)示意圖。帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12由園孔14、標(biāo)尺15和安 裝長(zhǎng)條孔16組成。LL是帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12上的園孔14的中心到反射鏡11上反射起點(diǎn)標(biāo) 志13沿反射鏡方向的距離，利用帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12上的安裝長(zhǎng)條孔16可以調(diào)節(jié)LL的長(zhǎng)度。入射光斑直徑比帶孔活動(dòng)標(biāo)尺12上的園孔14小。設(shè)Ld為反射鏡11的長(zhǎng)度，二個(gè)反射鏡的差為L(zhǎng)L0，則反射鏡10的長(zhǎng)度為L(zhǎng)d+LLO。本實(shí)用新型的工作原理發(fā)光源器件1發(fā)光照向縱向標(biāo)尺7。對(duì)大發(fā)散角，將縱向 標(biāo)尺7置于不同軸向距離處，可測(cè)得距離和光斑的直徑，進(jìn)而計(jì)算出光束的發(fā)散角。軸向距 離標(biāo)尺的長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為1000mm，縱向標(biāo)尺7可設(shè)為600mm，第一底板2的寬度與縱向標(biāo)尺 7的長(zhǎng)度相等。如果縱向標(biāo)尺7的精度1mm，如圖1所示，測(cè)發(fā)光源器件1的近測(cè)點(diǎn)最小軸 向距離LO >= 50mm，人工估計(jì)光斑直徑d0 ；測(cè)發(fā)光源器件1的遠(yuǎn)測(cè)點(diǎn)最小軸向距離Ll = 200mm+L0，人工估計(jì)光斑直徑dl，則發(fā)散角2 θ = arctg[ (dl_dO) / (Ll-LO)]，發(fā)散角近似測(cè) 量范圍0. 12° 90°。如果發(fā)光源發(fā)的光束為小發(fā)散角的光束，將縱向標(biāo)尺7置于近測(cè)點(diǎn)，軸向距離L0， 人工估計(jì)光斑直徑d0 ；然后將光行程倍增器6放入光路，讓光入射光行程倍增器6，其中心 落在光行程倍增器6的園孔14的中心，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)光行程倍增器6使光斑的中心正好與反 射鏡11上反射起點(diǎn)標(biāo)志13的Y向坐標(biāo)相同。從而獲得光束對(duì)反射鏡11的入射角α = arctg (LL/d)，如圖2所示。在光行程倍增器6的設(shè)計(jì)中運(yùn)用折疊光路，通過兩面平行反射鏡 來倍增光行程，將縱向標(biāo)尺7置于光行程倍增器6后面的軸向距離Ll處，人工估計(jì)光斑直 徑dl。光行程倍增次數(shù)η =卩11)( 仏(1/1^)+2，則總的光行程1^ = Ll+(n-l) Xd/cosa。其 中，F(xiàn)L00R0表示取商的整數(shù)部，舍去小數(shù)部。從而發(fā)散角2 θ ^ (dl-dO)/(L-LO)。取Ld =500mm, LLO = 30mm, d = 800mm。當(dāng) LO = 50mm, a = 0. 00375rad (0. 215° ) 0. 05rad 并保證η為奇數(shù)時(shí)，小發(fā)散角的近似測(cè)量范圍0. 03mrad 0. 2°。即用光行程倍增器6獲得大光行程距離，從而測(cè)得計(jì)算出距離和測(cè)得光斑直徑， 進(jìn)而計(jì)算出光束的發(fā)散角。本實(shí)用新型可用木材和鋁合金加工而成；標(biāo)尺15的精度0. 5mm且長(zhǎng)度40mm ；第 一、第二軸向距離標(biāo)尺4、5的精度Imm且長(zhǎng)度IOOOmrn ；縱向標(biāo)尺7的精度Imm且長(zhǎng)度600mm。 底板內(nèi)凈空長(zhǎng)X寬=IOOOmmX 600mm。光行程倍增器6的Ld = 500mm、LLO = 30mm、d = 800mm。
權(quán)利要求一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具，其特征在于該教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具包括發(fā)光源器件(1)、第一底板(2)、發(fā)光源器件放置器(3)、第一軸向距離標(biāo)尺(4)、第二軸向距離標(biāo)尺(5)、縱向標(biāo)尺(7)和等厚薄板對(duì)(8)；X向是指發(fā)光源器件(1)發(fā)光的設(shè)計(jì)軸線的方向，Y向是指垂直軸向的方向，第一軸向距離標(biāo)尺(4)、第二軸向距離標(biāo)尺(5)均沿X向放置，第一軸向距離標(biāo)尺(4)、第二軸向距離標(biāo)尺(5)相互平行且標(biāo)尺起點(diǎn)相同，第一軸向距離標(biāo)尺(4)、第二軸向距離標(biāo)尺(5)均與第一底板(2)平行且固連；發(fā)光源器件放置器(3)與第一軸向距離標(biāo)尺(4)、第二軸向距離標(biāo)尺(5)垂直且固連，并位于第一底板(2)的一端；發(fā)光源器件放置器(3)上設(shè)有深度不同的V型槽，V型槽的兩面平行于X向，發(fā)光源器件(1)放置于所述V型槽中，等厚薄板對(duì)(8)墊在發(fā)光源器件(1)下；縱向標(biāo)尺(7)沿Y向活動(dòng)放置于第一底板(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)教具，其特征在于在第一底板(2)上活動(dòng)安裝有光行 程倍增器(6)，光行程倍增器(6)位于第一軸向距離標(biāo)尺(4)和第二軸向距離標(biāo)尺(5)之 間，而且與X向之間的夾角等于設(shè)定的角度；光行程倍增器(6)由第二底板(9)、第一反射鏡(10)、第二反射鏡(11)和帶孔活動(dòng)標(biāo) 尺(12)組成，第一反射鏡(10)、第二反射鏡(11)是一對(duì)平行的長(zhǎng)條形反射鏡，第一反射鏡 (10)的背板上安裝有帶孔活動(dòng)標(biāo)尺(12)，第二反射鏡(11)上設(shè)置有反射起點(diǎn)標(biāo)志(13)，第 一反射鏡(10)、第二反射鏡(11)均與第二底板(9)垂直固連，并與第二底板(9)的第一軸 向邊垂直，第一軸向邊是指與帶孔活動(dòng)標(biāo)尺(12)相鄰的邊。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種測(cè)量發(fā)散角的教學(xué)實(shí)驗(yàn)教具，其結(jié)構(gòu)為兩個(gè)軸向距離標(biāo)尺沿X向放置，二者相互平行且標(biāo)尺起點(diǎn)相同，軸向距離標(biāo)尺均與第一底板平行且固連；發(fā)光源器件放置器與軸向距離標(biāo)尺垂直且固連，并位于第一底板的一端；發(fā)光源器件放置器上設(shè)有深度不同的V型槽，V型槽的兩面平行于X向，發(fā)光源器件放置于發(fā)光源器件放置器上的V型槽中，等厚薄板對(duì)墊在發(fā)光源器件下；縱向標(biāo)尺沿Y向活動(dòng)放置于第一底板上。對(duì)大發(fā)散角，可直接測(cè)量；對(duì)小發(fā)散角，用光行程倍增器獲得大光行程距離，從而測(cè)得計(jì)算出距離和測(cè)得光斑直徑，進(jìn)而計(jì)算出光束的發(fā)散角。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和直觀特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/22GK201725463SQ201020284688
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者張昊盧 申請(qǐng)人:張昊盧