Устройство для демонстрации интерференции Советский патент 1986 года по МПК G09B23/22 

Изобретение относится к учебным приборам, предназначено для демонстрации интерференции и может быть использовано при обучении оптике.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. 2 - схема образования интерферирзгющих пучков.

Устройство содержит гелий-неоновый лазер 1, переднее зеркало оптического резонатора kOTOporo обозначено цифрой 2. В обойме 3, прикрепленной к корпусу лазера зажимом 4, имеется собирательная деформируемая вогнуто-выпуклая или плоско-вьтук- лая линза 5, на вогнутой стороне, обращенной к лазеру, нанесено зар- кальное полупрозрачное покрытие. Кроуе того, устройство содержит положительную линзу 6, расположенную за линзой 5, и удашенньтй от лазера зкран 7. Лазер и линзы образуют интерференционную систему.

Линза 5 жестко прикреплена, например приклеена, краями к обойме 3 которая при ослаблении зажима 4 имеет люфт относительно корпуса лазера. Фокусное расстояние линзы 5 составляет 10-15 см.

Образование интерферирутсяцих пучков , направление распространения лучей которых показано стрелками, поясняет фиг. 2.

Луч 8, падакнций на полупрозрачную зеркальную поверхность линзы 5, делится на два, отраженный 9 и прошедший 10 лучи. Луч 9, после отражения от зеркала 2 и прохождения линзы 5, преобразуется в луч 11, который по отношению к лучу 10 имеет необходимую для интерференции оптическую разность хода, обусловленную прохождением лучом 9 двойного рас- стояния между зеркальными поверхнос тями линзы 5 и зеркала 2. Расстояние между зеркальными п6- верхностями зеркала 2 и линзы 5 и кривизна ее вогнутой поверхности подобраны так, что.бы диаметр пятна, образованного пучком на экране 7 (луч П), однократно отраженным от линзы, отличался от пятна, образованого проходящим пучком (луч 10J на 5 - 20%, а пятно, образованное пучком после вторичного (и последукяцег отражени} от вогнутой поверхности ЛИНЗЫ, было бы в несколько раз больше ( в 2 раза и более) указанных

пятен. Этим достигается ослабление влияния пучков, испытавших два и более отражения от вогнутой поверхности линзы. Область взаимного перекрытия пучков (лучи 10 и 11) является областью наблюдаемой интерференции.

Перед демонстрацией устройство настраивают. Для этого в отсутствий

линзы 6 направляют излучение лазера 1 на экран 7 через линзу 5 в обойме 3 при отпущенном зажиме 4. При этом на экране видны два пятна, образованные прошедшим пучком и пучком,

однократно отраженньм вогнутой поверхностью линзы 5. Покачиванием обоймы 3 с линзой 5 добиваются совмещения центров этих пятен и в этом положении обоймы затягивают винт 4, фиксируя тем самым положение линзы 5 относительно зеркала 2. При этом на экране ввдны интерференционные полосы в виде колец Ньютона. Однако вследствие малого размера изображения и высокой его яркости оно малонаглядно..

При демонстрации на пути излучения устанавливают линзу 6, в результате чего увеличивается апертура падающего на экран светового конуса. При этом на экране образуется удобное для наблюдения изображение интер- ференционной картины - кольца равной

толщины. Размер изображения зависит от. фокусного расстояния линзы 6 и расстояния до экрана 7.

При соприкосновении линз 6 и 5 последняя испытывает упругую деформацию, в результате чего уменьшается расстояние от нее до зеркала 2. Регулируя степень нажатия через линзу 6 на линзу 5, демонстрируют на экране соответствующее изменение

интерференционной картины, воспринимаемое на экране как расходящиеся к периферии кольца. Незначительйо- го нажатия линзой 6, удерживаемой за края двумя пальцами, достаточно

для демонстрации трех - пяти замен максимумов интерференционной картины на МИНИМ5ГМЫ и, наоборот, минимумов на максимумы. По количеству указанных замен судят о величине

( В единицах длины) деформации линзы. Таким образом линза 6, помимо увеличения апертуры светового конуса, служит еще и нажимным элементом. ,

3.

Для демонстрации полос равного наклона в качестве деформируемой линзы используют плоскд-выпуклую линзу с зеркальным полупрозрачным покрытием плоской поверхности. Для удобства смены видов интерференционной картины демонстрацию осуществляют последовательно с двумя обоймами, в одной из которых имеется вогнуто-выпуклая, а в другой - плос- ко-вЫпуклая .

Количество и ширина наблюдаемых интерференционных полос при демон ст раций с вогнуто-выпуклой линзой Зависят от кривизны ее зеркальной поверхности, а при демонстрации с плоско-выпуклой линзой - от параллельности зеркальных поверхностей зеркала 2 и линзы,

Использование предлагаемого устройства в учебном процессе упрощает его подготовку к работе, устраняет надобность в интерферометре, упрощает процесс демонстрации и позволяет оперативно заменять ;

виды интерференционного изображения, что улзгчшает условия работы демонстратрра и повьппает его производительность.

Устройство увеличивает размер, яркость и контрастность интерферен- ционноЙ картины, .так как в нем ис13498

пользуется не менее 70% энергии излучения лазера, что повышает эффективность демонстрации и позволяет проводить ее без дополнительного

5 затемнения помещения.

Предлагаемое решение расширяет функциональные возможности демонстрации в силу того, что оно позволяет демонстрировать малую механическую

10 деформацию и производить ее количественную оценку посредством трансформации интерференционной картины, что делает возможным использование устройства при меха15 нике.

Формула изобретения

Устройство для демонстрации интерференции, содержащее лазер,

20 экран и расположенную между экраном и лазером интерференционнзпо систему, содержащую два оптических элемента, один из KOTopbtx. выполнен в виде положительной линзы, о т л и25 чающееся, тем, что, с целью повышения наглядности, другой оптический элемент вьшолнен в виде со бирательной деформируемой линзы с зеркальным полупрозрачным покрытием

30 на стороне, обращен.ной к лазеру, и i установлен посредством зажима на корпусе лазера перед положительной линзой.

Изобретение позволяет повысить наглядность устройства для демонстрации интерференции. Между лазером 1 и экраном 7 расположена интерференционная система, содержащая два оптических элемента - один в ввде положительной линзы 6 другой - в виде собирательной деформируемой линзы 5 с зеркальным полупрозрачным покрытием на стороне, обращенной ; к лазеру 1. Линза 5 установлена посредством зажима на корпусе лазера 1 перед линзой 6. 2 ил. f J б Ю 00 4 со 00 - 0tie.1

Редактор Н.Гунько

Фиг.г

Составитель Р.Ужвий Техред С .Мигунова

Заказ 784/59 Тираж 456Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 .

Филиал 1ШП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор А Тяско