用氦氖激光光源作多种光学现象演示实验

激光在我国工农业生产、国防建设和科学实验等方面的应用已日益广泛. 由于激光的强度大、方向性强、单色性好,所以用它作光源进行光学演示实验具有鲜明的特点:可在一般亮教室内进行,供多人同时观察;装置简单,调节方便. 我们在光学教学中,用激光光源作了部分光学演示实验,现象显著,效果良好. 下述演示实验的光源,均用我校校办工厂生产的氦氖激光器,输出功率约2mw,波长λ=6328A单模.若采用较大功率(如10—15mw)的氦氖激光器作光源,则效果会更好些. 一、光的反射、折射、全反射 和临界角的演示 这些演示可在光路盘、玻璃烟雾箱或玻璃水槽中进…     

一个简单、直观、生动的实验──布儒斯特定律、全反射及散射现象的演示

用一个长方形的玻璃缸(鱼缸即可)装约10厘米深的水,水中靠近边缘处倾斜放置一片反射镜,缸中喷少量烟雾,用平板玻璃将差封死,就构成了一个演示箱。再配一台氦氖激光器,几片反射镜,两片偏振片,一片 λ/4波片,就可以演示布儒斯特定律,全反射及光的散射特性等等。 由于水中杂质及空气中烟雾对光的散射作用,可以清晰地看到激光束传播路线。玻璃缸的玻璃对穿过玻璃的光束的偏振特性影响甚微,因而可以很方便地在缸外检验光束的偏振特性。所用的光学元件和仪器都是几乎每个物理实验室或光学实验室都有的最基本药东西。操作也十分简单。一 一、布儒斯…     

雾化式几何光学演示仪

使用肥皂液显示光路,由于液体的重力限制了教具的尺寸,演示效果不佳.利用雾化的方式使光路可视化,设计了雾化几何光学演示仪.设计了立体光路,通过激光光源、类平行光源、立体光源和F光源的转换,能够演示初中物理几何光学的所有实验.     

激光全息演示仪

为了在不具备昂贵的全息防震台和完备的光学器件的条件下,也能有一种比较理想的教学仪器,能够实现各种全息像的再现演示,本文介绍了这种激光全息演示仪的原理和结构设计。     

固体发烟剂烟雾几种波段透过率测试

为了获得固体发烟剂烟雾对几种光学波段的衰减数据,针对发烟剂的特定成分,采用烟箱法对其产生的烟雾在可见光0.4 μm~1 μm宽波段、1.06 μm激光波段、10.6 μm激光波段和远红外8 μm~14 μm波段进行透过率测试,获取3种干扰剂烟雾对不同波段的质量消光系数,得到4种波段在不同浓度不同干扰剂下的3组透过率曲线。测试结果表明:在4.8 m烟道上、发烟弹烟雾浓度<1.094 7 g/m3的条件下,10.6 μm激光透过率较1.06 μm激光高出一倍;红外热像仪的功用远优于硅CCD相机。     

简易多功用光学实验演示箱

实际教学中,利用已有的光学演示箱,只能进行部分光学实验,而且光源不集中,清晰度不高,现象不够直观等,影响了学生对规律的认识、推导.为此我自制了多功用光学实验演示箱,效果良好,现简述如下.     

固体发动机羽烟的激光透过率测试

为获得羽烟对激光透过率的影响,用烟箱法对2种配方的缩比发动机羽烟在1.06 μm、10.6 μm激光波段的透过率进行测试.采用1.064 μm激光调制发射、接收、数据采集系统对1.06 μm激光波段烟雾透过率测试;用黑体、光谱辐射计、数据采集系统可测出2 μm ～13 μm 的光学透过率,从中提出10.6 μm激光波段烟雾透过率,得到不同推进剂配方、不同烟雾浓度情况下10.6 μm光波和1.06 μm光波的烟雾透过率测试数据.烟箱1.8 m烟道上的测试数据表明:配方2推进剂优于配方1推进剂,10.6 μm光波的烟雾透过率96%～97%大于1.06 μm光波的烟雾透过率92%～93%.     

大视场四象限探测光学系统设计

为了实现大视场激光探测跟踪,分析了大视场激光探测光学系统的研制特点。首先,根据四象限探测对光学系统光斑均匀性的要求,结合系统的指标参数,选定合理的光学结构型式,提出像差校正的设计方案。然后,基于ZEMAX软件完成大视场四象限探测光学系统设计,并利用点列图、光线足迹图、包围圆能量定性评价系统光斑质量;通过TRACEPRO光学分析软件,得到探测器靶面的光线照度分布。最后,依据设计结果完成光学系统的加工装配及性能测试。测试结果表明：激光探测系统线性视场为±6°,测角精度优于0.15°,并根据实测数据针对线性视场进行曲线拟合,与理论曲线相符,验证了设计结果的正确性。     

便携式双波长同步对比波动光学课堂演示的实现

本文设计自制了便携式波动光学演示仪.该演示仪采用红、绿双色半导体激光器作为光源,配备多种规格的干涉、衍射和偏振组件,可以演示杨氏双缝干涉、多缝干涉、单缝衍射、小孔衍射、一维和二维光栅衍射、偏振等波动光学的主要内容.仪器体积小巧,激光功率大,采用电池供电,这些优点使之便于携带,无需暗室而可在普通教室演示,双色平行光源可以同步对比不同波长的干涉、衍射效果,实现了波动光学理论内容与实验现象的同步课堂演示.     

虹与霓的设计与再现及其影响因素研究

针对现有的虹与霓演示装置的诸多缺点，结合光学原理，利用光的折射、反射、色散等物理现象，设计了虹与霓再现的新型演示装置。通过在水缸中放置一面或两面反射镜，控制光线在水中经过一次反射或两次反射，之后折射出水面，产生色散现象而形成清晰的虹与霓现象。该装置实现了虹与霓的再现和影响因素的定量研究，具有结构简单、操作简便、现象明显等优点。通过该装置的演示使学生更深入地理解大气中的光学现象和虹与霓的形成原理与规律。     

热压载荷作用下气体检测光学窗口对激光传输影响

采用有限元方法研究了不同热压载荷作用下多组分气体原位激光检测系统的光学窗口变形分布情况,并根据热光效应计算得到光学窗口折射率分布。采用光线追迹法对比分析了氮气吹扫前后光学窗口折射率变化及变形对到达接收面的通光量和辐照度分布影响规律。此外,基于高温光学窗口激光透射测试平台开展了高温光学窗口对检测信号影响研究。结果表明:高温高压环境会使光学窗口折射率变化幅度增大及变形加剧,导致激光光路偏折引起透射光强损耗和探测信号条纹干涉;氮气吹扫可以有效改善激光传输条件,增加到达接收面的通光量,优化辐照分布,提高激光传输质量。     

光致聚合物全混洗光互连全息元件的制备

采用只对红光敏感的光致聚合物全息干版通过 Ｈｅ－Ｎｅ ６３２ｎｍ激光波长两次掩膜曝光,在面积为３０ｍｍ × ６０ｍｍ的全息干版上制备出全息光学元件,并成功地用于全混洗光学互连的实验演示。全息光学元件的衍射效率为 ４０～ ５２％。     

激光LCOS光学引擎的设计

通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。     

浅谈非线性光学

 早期激光实验中有一些过程用当时的理论难以解释。例如,受激喇曼散射(SRS),由于这个效应改变原来光的频率而阻止激光的传输,还有一些现象影响了激光的产生.当初,人们为了找到避开这类问题的方法,感到必须弄清它们的机理,于是在现代光学中逐渐开辟出一个新的领域,即非线性光学,它研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系.非线性光学过程已给人们提供了各种器件,它们可用于半导体激光器、光计算机、波导、图象处理、图象识别、集成光学等.许多非线性光学元件已用于光信号的开关和控制.非线性光学中的相共轭可使光在通过一定物质后产生的任意的光畸变得以修复.     

多功能偏振光演示实验仪

国内外多种版本的《光学》教材，在讲述光的偏振现象时，都是从反射起偏讲起，使用一种由反射产生偏振光的装置做演示.由于这种装置只能在光线较暗的实验室里做演示，仅能做出反射起偏演示，并且缺乏合理的调节装置及仪器构件，使教师在讲授和演示时极为不便，学生也不能真正观     

基于ARM9的激光烟雾透过率测量系统

分析了烟雾透过率的测量方法，并根据此方法提出了基于ARM9的激光烟雾透过率远程测量系统的原理及结构，详细介绍了系统硬件和软件设计。经实验检测，该系统可实时显示激光通过烟箱前后的光强对应的电压曲线，经少量计算即可得到烟雾透过率，满足工作人员在浏览器端远程控制系统运行及测量烟雾透过率。     

分块拼接望远镜的数值仿真

为了更好地了解拼接望远镜光学系统的光学性能,对拼接主镜中分块镜的各种误差对望远镜光学系统的影响进行有效的分析计算。从几何光学入手,采用光线追迹方法,建立了拼接望远镜光学系统的数值仿真模型。利用该模型,可以模拟不同口径和分块镜数拼接望远镜的光学系统;可仿真分析拼接主镜中分块镜由于轴向平移、倾斜、旋转和径向平移等各种误差引起的波像差以及对远场图像的影响。并计算了不同误差项对光学系统斯特雷尔比的影响,为发展大口径望远镜提供技术支持。     

基于光线光学的非线性自聚焦现象的仿真分析

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真, 能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程, 同时避免采用近轴近似、自相似近似等. 本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法, 将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片间的线性传输. 在切片端面上统计光强后对量化误差进行了抑制, 而线性传输过程采用了亚当斯法求解光线方程从而解决了龙格库塔法等不能用于非线性光传输仿真的问题. 仿真结果显示, 强激光自聚焦在轴上有多个焦点, 且第一个焦点的位置随光功率的增大而更靠近入射位置; 由于追迹的是实际光线, 故可以得到近轴区以外区域自聚焦及成丝(环)的情况, 这对于强激光系统安全是有重要意义的. 利用已有的同样基于光线追迹方法的光学设计、仿真软件, 可以把非线性自聚焦介质和线性介质结合起来, 仿真光在实际强激光系统中的传输. 关键词： 实际光线追迹 非线性自聚焦 光传输仿真     

一种光学实验仪器

我们学校的物理小组组员们为了在明亮的白昼演示一系列关于光学的实验,而造出了一种应用在课堂上的仪器。利用这种仪器可以表演光的直线传播,光的反射和折射定律,光线通过平行板和稜镜的路径,全反射以及其他等等。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

 为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。