Способ демонстрации оптической интерференции и дифракции света

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„„1541660 (51) 5 С 09 В 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4406476/31-12

:(22) 07.04.88 (46) 07.02.90. Бюл. М 5 (71) МГУ им. М.В. Ломоносова (72) Л.П. Авакянц, М.Г. Вабищевич, В.В. Корчажкин, В.E. Куницын и А.Н. Матвеев (53) 53.05(088.8) (56) Лекционные демонстрации по физике. /Под ред. проф. В.И. Ивероновой.

М., 1972, с, 545, 560-561. (54) СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ

ИНТЕРФЕРЕНЦИИ И ДИФРАКЦИИ СВЕТА (57) Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть исИзобретение 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 - блоксхема. вычислительного устройства.

Устройство для демонстрации оптической интерференции и дифракции с учетом степени когерентности источника света |одержит источник 1 света, например, ртутную лампу накаливания, 2 пользовано в ряде лекционных курсов по физике. Цель изобретения — расши-, рение демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источ" ника 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 цвет" ное изображение и в результате сравнения его с дополнительно создаваемым видимым изображением определяют влияние степени когерентности источе ника света. 2 ил. конденсатор 2 для формирования равномерного освещения, подвижную 1цель 3, служащую для получения лучшего видимого изображения, преобразующий оптический элемент 4 - взаимозаменяемые бипризму Френеля или щель, что дает возможность получения интерференцион" ной 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

1941660 цветное видеоизображение, проекционный экран 9, отображащий графически поступающую на него информацию, демонстрируемое явление 10 и заранее

5 такое же аналогично рассчитанное 11, показанные на экране 9.

Кроме того, устройство (фиг. 2) содер*ит фотодатчик 12, предназначенный для сьема информации с экрана 5 демонстрируемого явления 10, усилитель 13 аналогового с,игнала, усилива рщий сигнал от фотодатчика 12 до заданного уровня напряжений, например от 0 до 7 В, модуль 14 преобразований 1 аналогового сигнала в цифровой и наоб1зрот, например, типа КРЕИТ КАИАК", по 1держивающий двухстороннюю связь с миниЭВИ и в свою очередь содержащий блок 15 преобразований аналоговых сиг- 0 налов в цифровые, например АЦП-1->, коl торые поступают от фотодатчика 12, блок 16 преобразований цифровых сигналов в аналоговые, например ЦАП-10, уп ра вля ющий перемещением Фотодатчика 12 при помощи мотора 17 вдоль и мотора 18 поперек экрана 5, а также контроллер 19, например l(-16, служащИй для организации двухсторонней связи миниЭВИ и модуля 14 преобразований,-, двунаправленную шину 20, связанную с о(щей шиной 21 Q-BUS, миниЭВИ 22, позволяющую управлять, считывать и о рабатывать поступающую информацию, однонаправленную шину 23 для последующей передачи информации на экран, цветной интерфейс 24, Формирующий телевизионные синхроимпульсы и R, G, В-цветовые сигналы, блок 25 сопряжения телевизионных синхроимпульсов и 4

R G,В-сигналов от интерфейса 24, блок 26 сопряжения телевизионного устройства 8, при помощи которого формируется видимое цветное изображение на цветном телевизионном проек- 4, ционном экране 9.

Работа устройства на примере интерференции при использовании бипризмы

Френеля.

Свет от иСточника 1 сцета формируется конденсором 2 и освещает равномерно подвижную щель 3. Прошедший сформированный свет через щель 3 попадает на бипризму Френеля 4, с помощью которой формируется интерферен55 ционная картина 10 на экране 5. Так как преломляющие углы бипризмы делаются очень малыми для того, чтобы обеспечить малое расстояние между интерферирующими волнами, то это обстоятельство 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.2) фотодатчик 12 устанавливается в крайнее нижнее левое положение. экрана 5 в зоне интерференционной картины 10, положение которо †задается блоком

16 преобразования, например ЦАП-10, тем самым счетчик каналов присваивает значение К=О (фиг. 3), обозначив при этом, что начальная установка ЦАП-10 в нулевое положение закончена. Затем, задав временной интервал перемещения фотодатчика 12 от точки к точке, равный-, например, T=0,1 с, вдоль горизонтальной оси, фотодатчиком 12 непосредственно снимают уровень интенсивности картины 10 по точкам, количество которых задается ЦАП-10, и равно

2 -1024 точкам. Сигналы от фотодат1д чика 12 усиливаются усилителем 13 до уровня напряжений срабатывания блока

15 преобразования аналогового сигнала в цифровой, например, АЦП-14,, где аналоговые сигналы преобразуются в цифровые значения и через контроллер

19 и двунаправленную информативную шину 20 поступают на общую шину Q-BUS

21 миниЭВИ 22, например "Электроника-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 д" ííûõ. В миниЭВИ сигналы снятых интенсивностей I (К) заносятся в массив I (К) и выдаются íà егной проекционный экран 9 через интерфейс 24, формирующий цветное R„

G,B-изображение., блок 25 сопряжения, согласующий выходные синхроимпульсы и R,G,B-сигналы интерфейса 24 с входными сигналами полного телевизионного ,устройства 8 через блок 26 его сопряжения. При выдаче очередного сигнала интенсивности на экран фотодатчик перемещается с помощью ЦАП в новое положение, и через интервал времени

Т=0,1 с счить;вается 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, 5 1541660 6 на проекционном экране строится за-, ку которого крепится фотодатчик поУ ранее рассчитанная интерференционная верхность которого служит при вертикартина по формуле зависимости интен" кальной его установке экраном, модуль сивности от порядка интерференции. В 14 преобразования сигналов типа результате, на проекционном экране "КРЕИТ-КАМАК" со стандартными блокаформируется заранее рассчитанная кар- ми АЦП-14, LlAA-10, К-16, миниЭВМ тина 11 и непосредственно снятая с . "Электроника-60", или ДВК-2 (3,4) демонстрируемого явления 10, где они цветной интерфейс ЦДР-1, проекционотображаются на нем в разных цветах. 10 ный цветной телевизор "Электроника

Так как видимость интерференцион- ТВ 01 ПЦ", а также блоки сопряжений, ной картины непосредственно равна до- согласующие уровни входных и выходных ле когерентности света, присутствую- сигналов. Демонстрационная наглядность щего В интерферирующих световых пуч- и дидактическое восприятие повышены ках, то поэтому изменение видимости 15 за счет того, что в данном устройстве картины на экране позволяет определить реальное физическое явление сравниваетдолю интенсивности когерентных сос- ся с его теоретическим представлением тавляющих этих световых пучков и тем в реальном масштабе времени с возможсамым реально отразить это на про- ностью изменения ряда физических веекционном экране. 20 личин, таких как длина волны размер

У t

Аналогично устроиство работает щели, расстояния до экрана длина ре1 и при замене бипризмы Френеля на щель, зонатора лазера и т.д. с одновременным с тои лишь разницей,что на цветном наблюдением этих изменений на экранах телевизионном экране заранее строит- в вышеописанных представлениях. ся дифракционная картина по заранее 25 Демонстрационные возможности расзаданным начальным условиям по извест- ширены за счет того, что предлагаеным зависимостям. мый способ позволяет наблюдать и деИзменяя источник света и переходя монстрировать любые оптические явлек когерентному, демонстрируют нагляд" ния с возможностью высокого разрешеную картину получаемого явления. Из- щ0 ния. меняя разные условные параметры на1 чальных условий данное устройство Формула и зобрете ния отчетливо отслеживает любое их изменение в визуальном представлении. Способ демонстрации оптической инПредлагаемое устройство позволяет терференции и дифракции света, вклю35 расширить возможность демонстрации по чающии преобразование световой энергии оптике, так как оно обеспечивает де- в видимое изображение, о т л и ч а монстрацию малоразрешимых и плохо- ю шийся тем, что, с целью расшиосвещенных оптических явлений, а так- Рения демонстрационных возможностей же возможность их сравнения с заранее 4 с учетом степени когерентности источрассчитанным явлением по известному ника света, дополнительно задают инзакону, например, таких как дифракция тервал и направление считывания инна нити, дифракция на краю экрана, формации с видимого изображения с моды газового лазера, радиус кореля- . последующим преобразованием считываеции когерентности источника света, мой информации в дополнительно создаи т.д., и тем самым дать об этом яв- ваемое видимое цветное изображение, лении правильное представление. рассчитывают интерференционное цветДля демонстрации ряда оптических ное изображение и в результате сравя влений используются ста ндартные нения его с дополнительно создаваемым устройства: двухкоординатный самопи- 5 видимым изобРажением определяют стесец ПДС-021, на горизонтальную рей- пень когерентности источника света.

1541660 фиг.2

Составитель Л. Прохорова

Техред Л.Серд1акова Корректор И.Кучерявая

Редактор А. Шандор

Заказ 284 Тираж 391. Подписное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНГ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Уагород, ул. Гагарина, 101