[实用新型]基于单缝衍射原理的小角测量及位置校准系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及物理教学实验仪器及基础光学的应用领域。特别之处在于，通过自组装的单缝衍射实验装置，能快速准确的获得衍射光斑、峰值位置、光强分布等多个物理量，具有传统单缝衍射仪不具备的测量优势，并通过光学放大原理，根据中心位置两侧衍射光强的相对分布，能够方便、快速的实现小角测量及位置校准等应用。

背景技术：

传统大学物理实验用单缝衍射仪包括缝宽可调节的单缝帽套、测微望远镜和单色光源三部分。光源装在高度可以调节的底座上，根据情况可选择钠光光源或者激光。实验时将单缝帽套套在测微望远镜的物镜前，望远镜安装在底座上，通过单缝的位置及宽度调节，以及望远镜的微调螺栓和测微目镜等调节，能在望远镜中观测到衍射条纹。但传统单缝衍射仪无法获得衍射光强分布，对单缝衍射的特征研究不够直观和全面。除此之外，单缝衍射现象能够使狭缝装置的微小变化得到光学放大，一般可达数十倍甚至数百倍，在小角度测量、微量参数分析等方面具有潜在优势。但传统单缝衍射仪由于测量手段的限制，在相关应用的实施方面也受到限制。

实用新型内容：

本实验系统，采用具有优良单色性、定向性的小型激光器作为光源，通过游标卡尺的调节直接产生单缝，并引入光传感器作为信号接收设备，能快速准确的获得衍射光斑、峰值位置、光强分布等多个物理量，可实现单缝衍射的更全面研究；并能够通过光学放大原理，根据中心位置两侧衍射光强的相对分布，方便、快速的实现小角测量及位置校准应用。

本实用新型的目的是在获得更全面的单缝衍射图像的基础上，提供一种新型的、方便快捷的小角测量及位置校准方法。

本实用新型采用如下技术方案：

基于单缝衍射原理的小角测量及位置校准系统，其特征在于：该系统包括：一个导轨，在该导轨的一端放置激光器，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑、光传感器、转动传感器以及一个垂直于导轨的线量转化器共同组成；其中光阑位于光传感器的前方，光传感器位于转动传感器的上方；光阑、光传感器和转动传感器三者固连在一起，且转动传感器与线量转化器滑动配合；光传感器及转动传感器通过数据采集接口与计算机连接；在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，有一个可移动的支架，该支架上固定有游标卡尺。

游标卡尺可用于直接产生狭缝并给出缝宽。

本实用新型的优点在于：

1)本实用新型能够获得传统单缝衍射实验平台无法获得的清晰、直观的衍射光强分布图。造价低，易操作，演示效果好，可用于高校的单缝衍射实验或演示物理实验。

2)本实验中通过游标卡尺，可用于直接产生狭缝并给出缝宽，能在一定程度上减小测量误差。且上下左右位置可调，操作方便。

3)利用本实用新型，通过光学放大原理，能方便、快速的实现小角测量及位置校准应用，具有良好的应用潜力。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。其中1.激光器  2.支架  3.游标卡尺及单缝  4.数据采集接口  5.光传感器 6.转动传感器 7.线量转换器  8.光阑9.导轨  10.计算机。

图2.正常测量时单缝衍射光强分布图；

图3.小角度产生时的光强分布图。

具体实施方式：

该实验平台包括：一个导轨9，在该导轨的一端放置一个激光器1，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑8、光传感器5及转动传感器6通过一个垂直于导轨的线量转化器7固连在一起组成，其中光传感器及转动传感器通过数据采集接口4与计算机10连接；其中光阑位于光传感器的前方，光传感器位于转动传感器的上方，且转动传感器与线量转化器滑动配合；在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，放置游标卡尺3及用来固定游标卡尺的可移动的支架2。

实验前，首先利用激光对光源和接收光阑准直、调整光路，并设定单缝宽度。

衍射光斑接收装置中光传感器与转动传感器通过垂直于导轨的线量转化器固连在一起，其中转动传感器用来测定位置，光感应传感器测量相应位置的光强，两者通过PASCO数据采集接口与计算机连接。实验时，首先将转动传感器置于线量转换器的一端，打开电脑中的数值采集及处理软件，点击运行后，轻轻转动转动传感器，使之沿垂直于导轨的方向移动，将同步获得相应条件时的衍射光强分布图像。转动传感器到达线量转换器另一端的时候，结束一次运行。

光路与游标卡尺完全垂直时，产生标准的衍射图像，可用于单缝衍射的一般性研究；光路与游标卡尺不完全垂直时，衍射图像中左右两侧的衍射图像不对称分布，相对比值与游标卡尺的偏移角度有关。通过衍射图像的光学放大，能方便、快速的实现小角测量及位置校准。