Способ демонстрации оптической интерференции и дифракции света Советский патент 1990 года по МПК G09B23/22 

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в ряде лекционных курсов по физике, таких, например, как оптика, спектроскопия, вычислительная техника и т.д.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источника света.

На фиг. 1 приведена графическая схема устройства; на фиг. 2 - блок- схема вычислительного устройства.

Устройство для демонстрации оптической интерференции и дифракции с учетом степени когерентности источника света содержит источник 1 света, например, ртутную лампу накаливания,

конденсатор 2 для формирования равномерного освещения, подвижную 1цель 3 служащую для получения лучшего видимого изображения, преобразующий оптический элемент k - взаимозаменяемые бипризму Френеля или щель, что дает возможность получения интерференционной или дифракционной картин, экран 5 для визуального наблюдения физического явления, блок 6 съема информации, предназначенный для съема сигналов интенсивности с экрана фотодатчиком и его перемещения по экрану, блок 7 обработки и управления сигналов, предназначенный для получения и формирования телевизионного цветного сигнала с наблюдаемого физического явления, телевизионное цветное проекционное устройство 8, формирующее

Сп

Јь

5

ОЭ

цветное видеоизображение, проекционный экран 9, отображащий графически поступающую на него информацию, демонстрируемое явление 10 и заранее такое же аналогично рассчитанное 11, показанные на экране 9.

Кроме того, устройство (фиг. 2) содержит фотодатчик 12, предназначенный для съема информации с экрана 5 демонстрируемого явления 10, усилитель 13 аналогового сигнала, усиливающий сигнал от фотодатчика 12 до заданного уровня напряжений, например

10

интерферирующийи волнами, то это об стоятельство приводит к получению малого поля интерференции, что и зат рудняет его визуализацию на экране. Затем, включая блок 6 съема информации, с помощью моторов 17 и 18 (фиг. фотодатчик 12 устанавливается в крайнее нижнее левое положение экрана 5 в зоне интерференционной картины 10, положение которого задается блоком 16 преобразования, например ЦАП-tO, тем самым счетчик каналов присваивает значение (фиг, 3), обозначив при

от 0 до 7 В, модуль Ik преобразований этом, что начальная установка ЦАП-10

аналогового сигнала в цифровой и наобфрот, например, типа КРЕИТ КАМАК,

поддерживающий двухстороннюю связь

с НиниЭВМ и в свою очередь содержащий

блрк 15 преобразований аналоговых

налов в цифровые, например , ков нулевое положение закончена. Затем, задав временной интервал перемещения фотодатчикз 12 от точки к точке, равный, например, ,1 с, вдоль горизон тальной оси, фотодатчиком 12 непосредственно снимают уровень интенсивности картины 10 по точкам, количество которых задается ЦАП-Ю, и равно 2 -102 точкам. Сигналы от фотодатчика 12 усиливаются усилителем 13 до уровня напряжений срабатывания блока 15 преобразования аналогового сигнала в цифровой, например, АЦП-1, где аналоговые сигналы преобразуются в

торые поступают от фотодат ика 12, блок 16 преобразований цифровых сигналов в аналоговые, например ЦАП-10, управляющий перемещением фотодатчи- 25 кз 12 при помощи мотора 17 вдоль и мотора 18 поперек экрана Ь, а также контроллер 19, например К-16, служащий для организации двухсторонней свяв нулевое положение закончена. Затем, задав временной интервал перемещения фотодатчикз 12 от точки к точке, равный, например, ,1 с, вдоль горизон тальной оси, фотодатчиком 12 непосредственно снимают уровень интенсивности картины 10 по точкам, количество которых задается ЦАП-Ю, и равно 2 -102 точкам. Сигналы от фотодатчика 12 усиливаются усилителем 13 до уровня напряжений срабатывания блока 15 преобразования аналогового сигнала в цифровой, например, АЦП-1, где аналоговые сигналы преобразуются в

зи миниЭВМ и модуля k преобразований,-Q цифровые значения и через контроллер

двунаправленную шину 20, связанную с о(5щей шиной 21 Q-BUS, миниЭВМ 22, позволяющую управлять, считывать и обрабатывать поступающую информацию, однонаправленную шину 23 для последующей передачи информации на экран, цветной интерфейс 2k, формирующий телевизионные синхроимпульсы и R, G, В-цветовые сигналы, блок 25 сопряжения телевизионных синхроимпульсов и К,С3В-сигналов от интерфейса 2k, блок 26 сопряжения телевизионного устройства 8, при помощи которого формируется видимое цветное изобра35

40

19 и двунаправленную информативную шину 20 поступают на общую шину Q-BUS 21 миниЭВМ 22, например Электрони- ка-60, в которой периферийные устройства взаимодействуют с центральным процессором и оперативной памятью через систему шин внутренней магистрали, где магистраль имеет линии для поочередной передачи по ним адресов и данных. В миниЭВМ сигналы снятых интенсивностей I (К) заносятся в массив I (К) и выдаются на tper- ной проекционный экран 9 через интерфейс 2k, формирующий цветное R,

интерферирующийи волнами, то это обстоятельство приводит к получению малого поля интерференции, что и затрудняет его визуализацию на экране. Затем, включая блок 6 съема информации, с помощью моторов 17 и 18 (фиг.2) фотодатчик 12 устанавливается в крайнее нижнее левое положение экрана 5 в зоне интерференционной картины 10, положение которого задается блоком 16 преобразования, например ЦАП-tO, тем самым счетчик каналов присваивает значение (фиг, 3), обозначив при

этом, что начальная установка ЦАП-10

в нулевое положение закончена. Затем, задав временной интервал перемещения фотодатчикз 12 от точки к точке, равный, например, ,1 с, вдоль горизонтальной оси, фотодатчиком 12 непосредственно снимают уровень интенсивности картины 10 по точкам, количество которых задается ЦАП-Ю, и равно 2 -102 точкам. Сигналы от фотодатчика 12 усиливаются усилителем 13 до уровня напряжений срабатывания блока 15 преобразования аналогового сигнала в цифровой, например, АЦП-1, где аналоговые сигналы преобразуются в

цифровые значения и через контроллер

5

0

19 и двунаправленную информативную шину 20 поступают на общую шину Q-BUS 21 миниЭВМ 22, например Электрони- ка-60, в которой периферийные устройства взаимодействуют с центральным процессором и оперативной памятью через систему шин внутренней магистрали, где магистраль имеет линии для поочередной передачи по ним адресов и данных. В миниЭВМ сигналы снятых интенсивностей I (К) заносятся в массив I (К) и выдаются на tper- ной проекционный экран 9 через интерфейс 2k, формирующий цветное R,

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть использовано в ряде лекционных курсов по физике. Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источника света. Эта цель достигается за счет того, что дополнительно задают интервал и направление считывания информации с видимого изображения с последующим преобразованием считываемой информации в дополнительно создаваемое видимое цветное изображение, рассчитывают интерференционное цветное изображение и в результате сравнения его с дополнительно создаваемым видимым изображением определяют влияние степени когерентности источника света. 2 ил.

жение на цветном телевизионном проек- д С,В изображе1ме , блок 25 сопряжения,

ционном экране 9.

Работа устройства на примере интерференции при использовании бипризмы Френеля.

Свет от источника 1 сщета формируется конденсором 2 и освещает равномерно подвижную щель 3. Прошедший сформированный свет через щель 3 попадает на бипризму Френеля k, с помощью которой формируется интерференционная картина 10 на экране 5. Так как преломляющие углы бипризмы делаются очень малыми для того, чтобы обеспечить малое расстояние между

50

55

согласующий выходные синхроимпульсы и Н,С,В сигналы интерфейса 2k с входными сигналами полного телевизионного устройства 8 через блок 26 его сопряжения. При выдаче очередного сигнала интенсивности экран фотодатчик перемещается с помощью ЦАП в новое положение, и через интервал времени ,1 с считывается новый уровень интенсивности I (К), который выдается на экран до тех пор, пока не будет пройден весь экран.

Зная длину волны, расстояние от бипризмы Френеля до экрана, апертуру,

0

5

согласующий выходные синхроимпульсы и Н,С,В сигналы интерфейса 2k с входными сигналами полного телевизионного устройства 8 через блок 26 его сопряжения. При выдаче очередного сигнала интенсивности экран фотодатчик перемещается с помощью ЦАП в новое положение, и через интервал времени ,1 с считывается новый уровень интенсивности I (К), который выдается на экран до тех пор, пока не будет пройден весь экран.

Зная длину волны, расстояние от бипризмы Френеля до экрана, апертуру,

10

15

на проекционном экране строится заранее рассчитанная интерференционная картина по формуле зависимости интенсивности от порядка интерференции. В результате, на проекционном экране формируется заранее рассчитанная картина 11 и непосредственно снятая с демонстрируемого явления 10, где они отображаются на нем в разных цветах.

Так как видимость интерференционной картины непосредственно равна доле когерентности света, присутствующего б интерферирующих световых пучках, то поэтому изменение видимости картины на экране позволяет определить долю интенсивности когерентных составляющих этих световых пучков и тем самым реально отразить это на проекционном экране.20

Аналогично устройство работает и при замене бипризмы Френеля на щель, с той лишь разницей,что на цветном телевизионном экране заранее строится дифракционная картина по заранее 25 заданным начальным условиям по известным зависимостям.

Изменяя источник света и переходя к когерентному, демонстрируют наглядную картину получаемого явления. Изменяя разные условные параметры начальных условий данное устройство отчетливо отслеживает любое их изменение в визуальном представлении,,

Предлагаемое устройство позволяет

, ку которого крепится фотодатчик, поверхность которого служит при вертикальной его установке экраном, модуль 14 преобразования сигналов типа КРЕИТ-КАМАК со стандартными блоками АЦП-14, ЦАП-10, К-16, миниЭВМ Электроника-60, или ДВК-2 (3,4) цветной интерфейс ЦДР-1, проекционный

цветной MI

телевизор Электроника

30

ТВ 01 ПЦ, а также блоки сопряжений, согласующие уровни входных и выходных сигналов Демонстрационная наглядность и дидактическое восприятие повышены за счет того, что в данном устройстве реальное физическое явление сравнивает ся с его теоретическим представлением в реальном масштабе времени с возможностью изменения ряда физических величин, таких как длина волны, размер щели, расстояния до экрана, длина резонатора лазера и т.д. с одновременным наблюдением этих изменений на экранах в вышеописанных представлениях. V

Демонстрационные возможности расширены за счет того, то предлагаемый способ позволяет наблюдать и де- м.онстрировать любые оптические явления с возможностью высокого разрешения . i

Формула изобретения

Способ демонстрации оптической интерференции и дифракции света, вклюрасширить возможность демонстраций по чающий преобразование световой энергии оптике, так как оно обеспечивает де- в видимое изображение, о т л и ч а и и с я

монстрацйю малоразрешимых и плохо- освещенных оптических явлений, а также возможность их сравнения с заранее рассчитанным явлением по известному закону, например, таких как дифракция на нити, дифракция на краю экрана, моды газового лазера, радиус кореля- ции когерентности источника света, и т.д., и тем самым дать об этом явлении правильное представление,,

Для демонстрации ряда оптических явлений используются стандартные устройства: двухкоординатный самописец ПДС-021, на горизонтальную рей40

ю щ и и с я тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источника света, дополнительно задают интервал и направление считывания информации с видимого изображения с последующим преобразованием считываемой информации в дополнительно создаваемое видимое цветное изображение, рассчитывают интерференционное цветное изображение и в результате сравнения его с дополнительно создаваемым „ видимым изображением определяют степень когерентности источника света.

45

М6606

, ку которого крепится фотодатчик, поверхность которого служит при вертикальной его установке экраном, модуль 14 преобразования сигналов типа КРЕИТ-КАМАК со стандартными блоками АЦП-14, ЦАП-10, К-16, миниЭВМ Электроника-60, или ДВК-2 (3,4) цветной интерфейс ЦДР-1, проекцион0

5

0

5

ный

цветной MI

телевизор Электроника

0

ТВ 01 ПЦ, а также блоки сопряжений, согласующие уровни входных и выходных сигналов Демонстрационная наглядность и дидактическое восприятие повышены за счет того, что в данном устройстве реальное физическое явление сравнивается с его теоретическим представлением в реальном масштабе времени с возможностью изменения ряда физических величин, таких как длина волны, размер щели, расстояния до экрана, длина резонатора лазера и т.д. с одновременным наблюдением этих изменений на экранах в вышеописанных представлениях. V

Демонстрационные возможности расширены за счет того, то предлагаемый способ позволяет наблюдать и де- м.онстрировать любые оптические явления с возможностью высокого разрешения . i

Формула изобретения

Способ демонстрации оптической интерференции и дифракции света, вклюи и с я

ю щ и и с я тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источника света, дополнительно задают интервал и направление считывания информации с видимого изображения с последующим преобразованием считываемой информации в дополнительно создаваемое видимое цветное изображение, рассчитывают интерференционное цветное изображение и в результате сравнения его с дополнительно создаваемым видимым изображением определяют степень когерентности источника света.

л з I