Установка для демонстрации и изучения оптических свойств среды Советский патент 1992 года по МПК G09B23/22 

Изобретение относится к средствам для

. обучения, преимущественно к установкам

для демонстрации и изучения оптических

свойств неоднородной градиентной сседы.

Известна установка для демонстрации и изучения оптических систем однородных по показателю преломление с поверхностями сферической и цилиндрической фермы. которая содержит источник СБета. держатель модели изучаемой среды в частности в виде обычной личзы и экран

Недостатком известной установки является ограниченность ее демонстрационных возможностей из-за того, что применяемое в ней элементы изготовлены из однородного оптического материала в сзззк с ием показатель преломления в каждой их имеет постоянную величину В то же время

в реальной природе однородная среда является лишь частным случаем

Цепью изобретения является расширение демонстрационных возможностей установки за счет демонстрации и изучения дополнительно на ней свойств неоднородных градиентных сред.

На фиг. 1 изображена общая схема установки, на фиг. 2 - график изменения показателя преломления в неоднородной градиентной среде; на фиг. 3-11 - модели из/чаемой среды в виде пластин

Свет в среде с непрерывно изменяющимся в пространстве показателем претсм- ления распространяется по криволинейной траектории. Пусть в некоторой среде показатель преломления непрерывно из еняэт- ся в направлении оси X по параболическому

XJ

-N

со

3

ю

закону п(4 nc(t - 0 5 r/x2}. где гь - показатель преломления на оси 2 В среде параксл зтькуе лучи распространяются по косинусоидзльной траектории, х - x0cos(2 z). период которых ззвисит только от парамет- 1

pa a Ј

Vlj-Л. где п0 - показатель преРО

помления исходного оптического материала - стекла; Дп - изменение показателя преломления к распределении п(х) (см. фиг. 2). Четверть периода траектории L, где L

я

W- . При этом лучи, исходящие из одной

точки, пройдя расстояние 2L вдоль оси. снова собираются в одной точке, т. е. среда передает изображение. Распределением, обеспечивающим точную фокусировку всех лучей независимо от Х0. является распределение вида n n0$echttx, которое для реально достижимых С мало отличается от параболического. Изменения показателя преломления в глубину образца осуществляется методом ионообменной диффузии из расплава соли в оптический материал - стекло при высоких температурах обработки.

Установка содержит оптическую скамью (не показана), нз которой установлен лазерный источник 1 света для получения саетового луча или пучка С помощью расширителя 2 и установленные на одной с ним оптической оси держатель 3 для креп- яенк- сменных моделей изучаемой среды и экран 4. Источник 1 света выполнен регулируемым по высоте в вертикальной плоскости относительно оптическоЛ оси установки. Сменные модели изуиазмой среды изготовлены из ионизированного оптического материала - стекла и ияеют форму пластин 5 с полированными боковыми посерхностями и торцами и с люминесцентным наполнением или повышенным светорассеянием для визуализации луча в среде. В первую группу пластин 5 еходяттаки.е,у которых регулярно изменяемый показатель преломления в на- прэвленшот центральной оси. проходящей через вертикальные торцы, к периферии пластин 5 на горизонтальных ее торцах. Вторая группа включает пластины 5 с раз- , s тем числе дискретным изменением показателя преломления в направлении от центральной оси к периферии при различных графиках распределения показателя преломпенив. Третья группа состоит из ппастин 5, имеющих оОпзст&с повышенным показателем преломлений, конфигурация которой а плоскости, пзрзялельной боковым поверхностям, имеет форму положительной «отрицательной лииз (фиг. 10 и 11)

Для объяснения принципа работы цилиндрических градиентных :лементсп демонстрируют чод лучей в пластине 5. которую получзют сошлиФовывэнием Гюковых поверхностей цилиндрического Фокусирующего элемента с последующей их полировкой Пластину 5 устанавливают в держатель 3 и по центру се торца вводят узкий лазерный луч. Лазерный луч проходит через

0 центр пластины 5 прямолинейно по направлению центральной осп (фиг. 4). В пластине 5, если она изготовлена из стекла с повышенным светорассеянием, виден прямолинейный ход луча, ярко-красного цвета.

5 видимого очень отчетливо, на фоне одной белой закрашенной боковой поверхности пластины 5. На экране 4 наблюдают яркую светящуюся точку. Перемещение вводимого луча от центра параллельно центральной

0 оси дает криволинейную траекторию луча (фиг. 3 и 5). что объясняет фокусирующее действие.

Демонстрация хода лучей в пластинах 5 с разным, в том числе дискретным, измене5 нием показателя преломления по оси X (фиг. 5-9) приведена на примерах возможных вариантов, соответствующих приведенным графикам распределения показателя преломления по оси X. В случае засветки терца

0 пластин 5 широким лазерным пучком в пластине 5 визуализируется совокупность проходящих через нее лучей.

Демонстрацию работы обычной линзы фок-усирую-щей и дефокусирующей. лрово5 дят на пластинах 5, изображенных на фиг. 10 и 11. Для этого в торцовую поверхность пластины 5 вводят широкий лазерный луч. который визуализируется и фокусируется или расходится в зависимости от вида лин0 зы, которая сформирована в исходном оптическом материале методом ионного обмена. При этом в зависимости от соотношения между показателями преломления исходного материала - стекла и линзы линза может

5 быть фокусирующей или дефокусирующей при однс-й и той же конфигурации самой линзы, что демонстрируется нз установке Формула изобретения Установка для демонстрации и изуче0 ния оптических сво/ств среды, содержащая света для получения светового луча или пучча и установленные ня одной с ним оптической оси держатель для крепления сменных моделей изучаемой среды и

5 экран, отличающаяся тем, что. с целью расширения демонстрационных возможностей установки за счет демонстрации и изу чения дополнительно свойств неоднородных градиентных сред, источи: света выполнен регулируемым по высоте

вертикальной плоскости относительно оптической оси, а сменные модели изучаемой среды изготовлены из ионизированного оптического материала и имеют форму пластин с полированными боковыми поверхностями и торцами и с люминесцентным наполнением или повышенным светорассеянием для визуализации луча в среде, при этом в первую группу входят пластины, различные по длине, с регулярно изменяемым показателем преломления в направлении от центральной оси, проходящей через вертикальные торцы, к периферии пластин

0

на горизонтальных ее торцэх, вторэч группа включает пластины с различным и в том числе дискретным изменением показателя преломления в направлении от центральной оси к периферии при различных графиках распределения показателя преломления, а третья группа состоит из пластин, имеющих область с повышенным показателем преломления, конфигурация которой в плоскости, параллельной боковым поверхностям, имеет форму положительной и отрицательной линз.

Сущность изобретения: источник света выполнен регулируемым по высоте в вертикальной плоскости относительно оптической оси. Сменные модели изучаемой среды изготовлены из ионизированного оптического материала и имеют форму пластин с полированными боковыми поверхностями и торцзми и с люминесцентным наполнением или повышенным светорассеянием для визуализации луча в среде. В первую группу пластин входят те. у которых регулярно изменяемый показатель преломления в направлении от центральной оси к периферии пластин на горизонтальных их торцах. Вторая группа включает пластины с различным в том числе и с дискретным изменением показателя преломления. Третья группа пластин состоит из пластин, имеющих область с повышенным показателем преломления, конфигурация которой в плоскости, параллельной боковым поверхностям, имеет форму положительной и отрицательной линз. 11 ил СО

X;

фиг /

3is4Z

Фиг 2

ЈVc 3

фиг 4

у

фиг 5

N

По

Z

фиг 6

Ј /7j

Л/

P УЧ

..

/

/Ь

тл

I

ZJL

- X

fas. 7

n

f70

-Z

л

фиг. в

,/т,

Tk

I J.

Л

Фиг.З

Фиг. 10

фиг. //