本發(fā)明主要涉及一種波動(dòng)光學(xué)綜合測(cè)試儀器設(shè)備，尤其涉及一種能夠同時(shí)測(cè)量雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中明(暗)條紋的寬度、單縫衍射實(shí)驗(yàn)中中央明紋的寬度和其它明(暗)紋的寬度、圓孔衍射實(shí)驗(yàn)中艾里斑的直徑、光柵衍射實(shí)驗(yàn)中衍射角大小、驗(yàn)證馬呂斯定律、測(cè)定布儒斯特角等數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的裝置，同時(shí)也具有上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的演示功能。

背景技術(shù)：

早期教學(xué)中，人們采用光具座上插入光源、雙縫、和光屏來(lái)觀察雙縫干涉現(xiàn)象，但是不能測(cè)量雙縫干涉明(暗)條紋的寬度。人們采用光具座上插入光源、單縫和光屏來(lái)觀察單縫衍射現(xiàn)象，但是并不能測(cè)量單縫衍射中央明紋的寬度和其它明(暗)紋的寬度。人們采用光具座上插入光源、圓孔、和光屏來(lái)觀察圓孔衍射現(xiàn)象，但是不能測(cè)量圓孔衍射圖樣中艾里斑的直徑。人們采用分光計(jì)來(lái)測(cè)量光柵衍射的衍射角但是必須通過(guò)望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察現(xiàn)象，不利于教學(xué)講解。人們采用偏振光測(cè)試儀器來(lái)驗(yàn)證馬呂斯定律和測(cè)量布儒斯特角，但是儀器昂貴。再者，早期教學(xué)中光源往往采用汞燈，汞燈壽命短、價(jià)格高。

綜上所述，在早期教學(xué)中，不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要不同的實(shí)驗(yàn)儀器，而且實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，花費(fèi)大，且各儀器測(cè)試功能具有很大的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決目前技術(shù)的不足，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，提供一種波動(dòng)光學(xué)綜合測(cè)試儀器設(shè)備，采用本設(shè)備可以完成雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、單縫衍射實(shí)驗(yàn)、圓孔衍射實(shí)驗(yàn)、光柵衍射實(shí)驗(yàn)、偏振光實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證馬呂斯定律、測(cè)定布儒斯特角等數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的演示和測(cè)量，綜合性強(qiáng)，節(jié)約成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

波動(dòng)光學(xué)綜合測(cè)試儀器設(shè)備，包括設(shè)置有中心軸的底座，中心軸上設(shè)置用于安裝可調(diào)節(jié)光源和待測(cè)光學(xué)器件的光源軌道、用于讀取轉(zhuǎn)動(dòng)角度的游標(biāo)盤(pán)，游標(biāo)盤(pán)外圍套設(shè)可轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)，刻度盤(pán)連接可與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的光屏軌道，光屏軌道上設(shè)置用于接收光源信號(hào)的可調(diào)節(jié)光屏。

游標(biāo)盤(pán)上對(duì)徑設(shè)置α游標(biāo)和β游標(biāo)，用于配合刻度盤(pán)測(cè)量角度。

所述α游標(biāo)和β游標(biāo)上面分別標(biāo)有最小分度值為1′的0～30′的分度線，刻度盤(pán)的周向均勻標(biāo)有最小分度值為30′的0～360°的分度線。

光源軌道和光屏軌道上均設(shè)有最小分度值為毫米的刻度。

中心軸上還設(shè)置有與游標(biāo)盤(pán)同軸的載物臺(tái)，載物臺(tái)中心處設(shè)置用于固定待測(cè)光學(xué)器件的插孔。

載物臺(tái)為雙層結(jié)構(gòu)，上層通過(guò)三個(gè)可調(diào)節(jié)高度和水平度的調(diào)平螺絲頂起。

中心軸上還設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐臂，光屏軌道和游標(biāo)盤(pán)均與支撐臂固定連接。

光源軌道下方還設(shè)有用于支撐的立柱，光源軌道上安裝光源底座和備用底座，光源底座上安裝光源，備用底座上安裝待測(cè)光學(xué)器件；光屏軌道上安裝光屏底座，光屏底座上安裝光屏。

所述光源為激光器。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明只用一套實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器就可以完成多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的演示和測(cè)量，綜合性能強(qiáng)，效率高，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，且相比分光計(jì)，其光路外漏、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀更便于教學(xué)講解；相比光具座上所做的單縫衍射和雙縫干涉和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)來(lái)講，本發(fā)明能夠精準(zhǔn)測(cè)量，可以用于對(duì)重要光學(xué)定理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2、本發(fā)明采用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，達(dá)到測(cè)量微小角度的目的，精度高。

3、本發(fā)明對(duì)徑設(shè)計(jì)游標(biāo)，消除了偏心差，降低了測(cè)量誤差。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)牢靠，能夠保證所有實(shí)驗(yàn)平穩(wěn)進(jìn)行。

5、本發(fā)明的光源采用便攜式激光器，單色性好，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中所示標(biāo)號(hào)：1、光源；2、光源底座；3、備用底座；4、光源軌道；5、載物臺(tái)；6、插孔；7、調(diào)平螺絲；8、光屏軌道；9、光屏；10、光屏底座；11、手柄；12、β游標(biāo)；13、鎖緊螺絲；14、游標(biāo)盤(pán)；15、α游標(biāo)；16、刻度盤(pán)；17、立柱；18、中心軸；19、支撐臂；20、底座。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所限定的范圍。

如附圖1所述，本設(shè)備底座20的中心安裝上細(xì)下粗逐級(jí)次遞增的中心軸18，中心軸18上依次套有支撐臂19，游標(biāo)盤(pán)14，光源軌道4和載物臺(tái)5，光源1采用便攜式激光器，通過(guò)光源底座2安裝在光源軌道4上，為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，激光器上下可調(diào)，左右可移動(dòng)，并且軌道4上面均勻刻有最小分度為毫米的刻度，可以測(cè)量光源1到中心軸18之間的距離。備用底座3是為插入其它不同的光學(xué)器件而設(shè)計(jì)，光源軌道4通過(guò)立柱17支撐，并通過(guò)中心軸18固定。

光屏軌道8焊接在支撐臂19上，并和刻度盤(pán)16焊接在一起，在光屏軌道8的下方焊接手柄11，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄11時(shí)，刻度盤(pán)16和光屏軌道8一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到測(cè)量角度的目的。光屏軌道8上帶有光屏底座10用來(lái)插入光屏9，光屏軌道8上面均勻刻有最小分度為毫米的刻度用來(lái)測(cè)量刻度盤(pán)16到光屏9之間的距離。光屏9用黑色磨砂屏，用于吸收其它反射光，在光屏9中央畫(huà)上十字白線，用來(lái)定位衍射或者干涉圖樣。

在游標(biāo)盤(pán)14的上面對(duì)徑設(shè)計(jì)了α游標(biāo)15和β游標(biāo)12，這樣設(shè)計(jì)是為了消除偏心差所產(chǎn)生的誤差。兩個(gè)游標(biāo)上面分別標(biāo)有最小分度值為1′的0-30′的分度線，它們的設(shè)計(jì)是為了配合刻度盤(pán)16來(lái)測(cè)量角度，刻度盤(pán)16的一周均勻標(biāo)有0-360°的分度線，且每0.5°的地方還刻有短線，即最小刻度為30′。測(cè)量時(shí)讀出α游標(biāo)15和β游標(biāo)12所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)數(shù)值，然后取平均值就是光屏9的位置。立柱17和儀器底座20均采用鋼鐵實(shí)心鑄造，它們質(zhì)量大，而且結(jié)實(shí)是為了防止振動(dòng)，保證所有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚱椒€(wěn)地進(jìn)行。

載物臺(tái)5位于中心軸18的最上端，中央設(shè)計(jì)了插孔6，可以插入光學(xué)儀器，插入的實(shí)驗(yàn)儀器可以通過(guò)鎖緊螺絲13鎖緊。載物臺(tái)5的上面均勻刻有最小分度值為1°的0-360°的刻度，可用于測(cè)量布儒斯特角。載物臺(tái)5的下面有三個(gè)調(diào)平螺絲7，可以調(diào)節(jié)載物臺(tái)5的高度和水平度。

下面結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步具體說(shuō)明：

實(shí)施例1-雙縫干涉實(shí)驗(yàn)及干涉條紋的測(cè)量：

把制作好的雙縫(雙縫的間距可以是0.1mm—0.5mm)，安裝固定在一個(gè)支架上，把支架插入備用底座3上，打開(kāi)激光器1，讓激光通過(guò)雙縫，調(diào)整光屏9，使通過(guò)雙縫的光投射到光屏9上，形成等間距的干涉條紋。微調(diào)光屏9使干涉條紋中的其中一條干涉明(暗)條紋的中心與光屏中的白色豎線重合，并記錄下α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)記作α₁和β₁，然后移動(dòng)手柄11，使白色豎線到達(dá)相鄰的明(暗)條紋的中心時(shí)，記錄此時(shí)兩個(gè)游標(biāo)的讀數(shù)α₂和β₂，這樣就可以計(jì)算出手輪光屏9移動(dòng)的角度θ，即從光源軌道4和光屏軌道8上可以讀出光屏9和雙縫之間的距離L，從而可以算出干涉條紋的間距為Δx＝Lθ。在實(shí)際操作中為了減少誤差，可以一次計(jì)算出10個(gè)條紋的寬度，最后再除以10。

實(shí)施例2-單縫衍射實(shí)驗(yàn)及中央明紋的測(cè)量

把制作好的單縫(單縫的寬度是0.1mm—0.3mm)，安裝固定在一個(gè)支架上，把支架插入備用底座3上，打開(kāi)激光器1，讓激光通過(guò)單縫，調(diào)整光屏9，使衍射圖樣投射到光屏9上，移動(dòng)光屏9，使十字叉絲固定在+1級(jí)暗紋中心，讀出此時(shí)兩個(gè)游標(biāo)的讀數(shù)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)記作α₁和β₁，之后轉(zhuǎn)動(dòng)光屏，使光屏上十字叉的交點(diǎn)固定在-1級(jí)暗紋中心，讀出此時(shí)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)記作α₂和β₂，利用公式求出轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ，從光源軌道4和光屏軌道8上可以讀出光屏和單縫之間的距離L，從而可以求出中央明紋的寬度為Δx₀＝Lθ，同理可以測(cè)量其它明紋的寬度。

實(shí)施例3-圓孔衍射實(shí)驗(yàn)及艾里斑直徑的測(cè)量

把制作好的圓孔(圓孔的直徑為0.1mm—0.5mm)裝在支架上，把支架插入備用底座3中，讓激光器1發(fā)出的光通過(guò)圓孔，調(diào)整光屏9，使通過(guò)圓孔的光投射到光屏上，形成圓孔衍射圖樣。微調(diào)光屏9，使艾里斑的左邊緣(即第一級(jí)暗環(huán)條紋中心)正好與光屏上十字叉絲的交點(diǎn)重合，并記錄此時(shí)兩個(gè)游標(biāo)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)記作α₁和β₁，然后移動(dòng)手柄使光屏上的十字叉絲交點(diǎn)落在艾里斑的右邊緣(第一級(jí)暗環(huán)條紋中心)心時(shí)，記錄此時(shí)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)α₂和β₂，利用公式求出轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ，從軌道4和光屏軌道8上可以讀出光屏和圓孔之間的距離L，從而可以求出艾里斑的直徑為D＝Lθ。

實(shí)施例4-光柵衍射實(shí)驗(yàn)及衍射角的測(cè)量

將帶有底座的光柵放在載物臺(tái)5上，調(diào)節(jié)激光器1讓激光通過(guò)光柵投射到光屏9上，調(diào)節(jié)光屏使零級(jí)衍射光譜與光屏9上的白色豎線重合，記錄此時(shí)兩個(gè)游標(biāo)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)記作α₁和β₁，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使光屏9的白色豎線和第一級(jí)衍射光譜重合，記錄此時(shí)α游標(biāo)15和β游標(biāo)12的讀數(shù)α₂和β₂，利用公式求出轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ，這就是光柵衍射的第一級(jí)衍射角，同理可以測(cè)量其它級(jí)衍射角。

實(shí)施例5-偏振光實(shí)驗(yàn)及玻璃的布儒斯特角測(cè)量

將一個(gè)教學(xué)用偏振片安裝到支架上并插入到備用底座3上，打開(kāi)激光器1，讓激光通過(guò)偏振片，調(diào)節(jié)光屏9，使出射光照到光屏9上，旋轉(zhuǎn)偏振片一周(即改變偏振片的偏振化方向一周)，觀察光屏9上光強(qiáng)的變化，從而認(rèn)識(shí)偏振化方向?qū)€偏振光強(qiáng)度的影響。然后將另一個(gè)偏振片安裝在支架上，插入載物臺(tái)插孔6中，并通過(guò)鎖緊螺釘13固定，轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)偏振片一周，觀察光屏9上光強(qiáng)的變化，驗(yàn)證馬呂斯定律的正確性。

將一教學(xué)用偏振片安裝在支架上，并把它插入到備用底座3上，打開(kāi)激光器1，把需要測(cè)量的玻璃安裝在底座上，并放在載物臺(tái)5上，載物臺(tái)5的邊緣上刻有0-360°的刻度線。調(diào)整載物臺(tái)5及待測(cè)玻璃，使光垂直照射在玻璃上，記錄此時(shí)待測(cè)玻璃在載物臺(tái)上的位置即θ₁，然后轉(zhuǎn)動(dòng)待測(cè)玻璃任意銳角，并轉(zhuǎn)動(dòng)手柄11使待測(cè)玻璃上的反射光照射到光屏9上，觀察反射光的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片使光強(qiáng)變得最弱，之后再轉(zhuǎn)動(dòng)待測(cè)玻璃并觀察反射光強(qiáng)度，當(dāng)光強(qiáng)變?yōu)榱銜r(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃片并記錄此時(shí)待測(cè)玻璃的位置θ₂，那么待測(cè)玻璃的布儒斯特角就為i₀＝θ₂-θ₁。