[实用新型]一种用于物理光学实验的衍射光强记录仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光衍射强度测量技术，具体涉及一种用于物理光学实验的衍射光强记录仪。

背景技术

光衍射定量测量实验是物理光学实验中的重要实验，作为各个高等院校的物理专业本科教学的基础实验，每年有大量的学生需要做这个实验。目前，实验中用来测量衍射光强的衍射光强记录仪，采用可调单缝控制探测元件前的采集窗口大小，探测元件相对仪器纵向位置固定，只能够做横向一维运动。实验时，调整光路，使衍射光斑适应探测元件位置，仪器逐点地进行扫描，测量光强的横向定位精度不高，还存在采集扫描速度慢、多次重复采集效率低、软件强壮性不足以及数据容易出错等问题。而且，仪器的控制器响应上位机命令不及时，经常造成上位机死机的现象。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种自制的衍射光强记录仪，能够精确采集光强分布，横向位移最小定位精度为0.005mm。

本实用新型的目的在于提供一种用于物理光学实验的衍射光强记录仪。

本实用新型的用于物理光学实验的衍射光强记录仪包括：底座、横向平移组件、纵向升降组件、探测元件及控制箱；其中，横向平移组件安装在底座上，纵向升降组件安装在横向平移组件上，探测元件安装在纵向升降组件上；进一步，探测元件包括固定架、探测器和采集窗口；探测器设置在固定架上，采集窗口为设置在固定架的表面与探测器的位置相对应的正方形的开口。

本实用新型的衍射光强记录仪设置在衍射光路系统中，衍射光路系统包括：激光器、衍射元件、衍射光强记录仪、控制箱及计算机；其中，控制箱内设置有核心控制板，信号放大器、模数转换器和USB通信模块设置在核心控制板上；衍射光强记录仪的探测器连接至信号放大器；信号放大器连接至模数转换器；模数转换器通过USB通信模块连接至计算机。激光器发出激光，经过衍射元件，衍射光强记录仪的探测器接收到衍射光信号，进行光电转换后传送至信号放大器放大后，传送给模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传送至计算机记录。

横向平移组件安装在底座上，横向平移组件采用丝杠配合导轨形式，在丝杠导轨上设置光栅尺，丝杠导轨的一端设置有手摇柄，另一端通过步进电机连接器与步进电机相连，步进电机固定在底座上，从而控制纵向升降组件在横向平移组件上做横向运动。纵向升降组件的横向位移通过光栅尺精确定位；量程200mm，定位精度5μm。探测元件通过滑块设置在纵向升降组件上，在纵向升降组件的一端设置有旋钮，另一端设置有步进电机，滑块通过步进电机连接器与步进电机相连，从而控制滑块在纵向升降组件上做升降运动，纵向位移通过步进电机的脉冲定位；量程100mm，定位精度3μm。本实用新型的衍射光强记录仪的扫描，可以通过手摇柄，实现人工传动，也可以采用步进电机，实现自动传动。探测元件设置在纵向升降组件上，纵向升降组件设置在横向平移组件上，实现了探测元件的二维运动。

进一步，探测元件的正方形的采集窗口包括两对相对的刀口及相应的控制旋钮；两对相对的刀口分别通过相应的控制旋钮设置在固定架上，通过调节相应的控制旋钮控制刀口的开关，调节采集窗口的面积大小，从而实现调整通光面积。

控制箱内设置有核心控制板、步进电机驱动器及电源转换器，控制箱外壳上设置有液晶显示板和按键控制板；核心控制板上设置有信号放大器、模数转换器、USB通信模块，模数转换器通过USB通信模块连接至计算机。电源转换器分别连接至核心控制板和步进电机驱动器，为这些仪器提供稳定的工作电压。在控制箱的外壳上设置有液晶显示面板和按键控制板，液晶显示面板与核心控制板相连，实时显示位置信息和光强信号及控制菜单。按键控制板与核心控制板相连，可脱离上位机控制使用光谱仪。核心控制板与步进电机驱动器相连，为其提供步进电机工作信号。步进电机驱动器分别连接至在横向平移组件和纵向升降组件上的步进电机。

本实用新型的衍射光强记录仪对光强数据的记录，可以采用手动记录模式，数据逐点从控制箱的液晶显示面板上读取，并手工记录；也可以采用自动上传模式，数据通过USB上传到计算机，并显示采集曲线。

进一步，探测器采用线阵CCD，垂直于光栅尺方向放置。从而一次横向扫描能够同时得到纵向2048个点数据，如此横向逐点扫描，实现了面阵CCD的效果，提高采集效率。由于大面积面阵CCD的价格相对昂贵，而实验中衍射光信号比较稳定，不随时间改变，因此采用线阵CCD，而不采用面阵CCD。

本实用新型的优点：