УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ УЗКОПОЛОСНЫХ ГОЛОГРАММНЫХ ФИЛЬТРОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области приборостроения, в частности к демонстрационным приборам для изучения голограммной и дифракционной оптики.
Известны учебные приборы с селективным интерференционным фильтром, фотоэлементом и вольтметром. (Авторское свидетельство №1040509 СССР, МКИ G09B 23/22. 1982. Учебный прибор по физике/Мигаль В.П.) - [1]. Такой учебный прибор содержит последовательно расположенные источник света, конденсор, интерференционный фильтр на поворотном основании, фотоэлемент и вольтметр, а также светоделительную пластину и экран. Данный учебный прибор позволяет демонстрировать законы фотоэффекта и зависимость селективных свойств фильтра от угла его поворота. Однако в данном приборе отсутствует возможность демонстрации и количественной оценки спектральных свойств селективного фильтра. Кроме того, схема содержит светоделительную пластину, ломающую оптическую ось, что ведет к увеличению поперечных размеров прибора и делает неудобной его настройку и эксплуатацию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является наглядное средство обучения по оптике, содержащее источник света со щелью, диспергирующее устройство, селективный фильтр, фокусирующую систему, светоделитель, и экран (Патент США №4,033,052, МПК: G09B 23/00; G09B 23/22. 1976. Optical teaching aid /Failes; Michael) - [2].
В данном наглядном средстве обучения селективный фильтр установлен после диспергирующего элемента, что позволяет демонстрировать спектральные свойства фильтра, но отсутствует возможность количественной оценки зависимости его свойств от угла падения. Кроме того, наличие светоделительного устройства увеличивает поперечные размеры схемы и снижает удобство ее эксплуатации, а диспергирующее устройство работает в неоптимальном режиме, следовательно, качество изображения снижается.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении наглядности действия учебной установки путем обеспечения качественной демонстрации и количественной оценки спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров и зависимости их от угла падения.
Технический результат достигается тем, что в учебной установке для изучения спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров (вариант 1), содержащей расположенные на оптической оси источник белого света, фильтр, приспособление для расширения пучка, входную щель, диспергирующий компонент, камерный объектив и экран со шкалой, новым является то, что между входной щелью и диспергирующим компонентом установлен коллимирующий объектив, а в качестве фильтра используется узкополосный голограммный фильтр.
В учебной установке для изучения спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров (вариант 2), содержащей расположенные на оптической оси источник света, фильтр, приспособление для расширения пучка, входную щель, диспергирующий компонент, камерный объектив и экран со шкалой, новым является то, что между входной щелью и диспергирующим компонентом установлен коллимирующий объектив, при этом в качестве фильтра используется узкополосный голограммный фильтр, диспергирующим компонентом является спектральная призма, а источник света выполнен в виде блока источников, включающего источник белого света и, как минимум, два источника монохроматического излучения, сопряженные с помощью блока светоделительных устройств.
В учебной установке для изучения спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров (вариант 3), содержащей расположенные на оптической оси источник белого света, фильтр, приспособление для расширения пучка, входную щель, диспергирующий компонент и экран со шкалой, новым является то, что в качестве фильтра используется узкополосный голограммный фильтр, а диспергирующим компонентом является вогнутая отражательная дифракционная решетка, обеспечивающая коррекцию аберраций на плоскости.
В учебной установке узкополосный голограммный фильтр может устанавливаться на угломерном поворотном столике для качественной демонстрации и количественной оценки зависимости селективных свойств фильтра от угла падения излучения на него.
Заявленная учебная установка позволяет наглядно демонстрировать и проводить измерения спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров, а также их зависимости от угла падения излучения на фильтр.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-3, где:
фиг.1 - принципиальная оптическая схема учебной установки (вариант 1);
фиг.2 - принципиальная оптическая схема учебной установки (вариант 2);
фиг.3 - принципиальная оптическая схема учебной установки (вариант 3).
кол
кам
На фиг.1-3.: 1 - источник света; 2 - узкополосный голограммный фильтр, 3 - поворотный угломерный столик, 4 - приспособление для расширения пучка, 5 - входная щель, 6 - коллимирующий объектив, 7 - диспергирующий компонент, 8 - камерный объектив, 9 - экран со шкалой, 10 - источники монохроматического излучения, 11 - светоделительные устройства, 12 - спектральная призма, 13 - вогнутая отражательная дифракционная решетка с коррекцией аберраций на плоскости, f - переднее фокусное расстояние коллимирующего объектива, f' - заднее фокусное расстояние камерного объектива.
В учебной установке (фиг.1.), после источника света 1 на оптической оси последовательно расположены узкополосный голограммный фильтр 2 на поворотном угломерном столике 3, позволяющем измерять угол падения излучения на фильтр, приспособление для расширения пучка 4, в качестве которого может быть использовано, например, матовое стекло, обеспечивающее заполнение входной щели 5, расположенной в переднем фокусе коллимирующего объектива 6, диспергирующий компонент 7, например, плоская пропускающая дифракционная решетка, камерный объектив 8 и экран со шкалой 9, находящийся в задней фокальной плоскости объектива 8.
В учебной установке (фиг.2.) помимо источника белого света 1 использовано как минимум два источника монохроматического излучения 10 с известными длинами волн, которые сопрягаются при помощи светоделительных устройств 11. За блоком источников последовательно расположены узкополосный голограммный фильтр 2 на поворотном угломерном столике 3, приспособление для расширения пучка 4, обеспечивающее заполнение входной щели 5, расположенной в переднем фокусе коллимирующего объектива 6, спектральная призма 12, камерный объектив 8 и экран со шкалой 9 в задней фокальной плоскости объектива 8.
В учебной установке (фиг.3.) после источника белого света 1, узкополосного голограммного фильтра 2 на поворотном угломерном столике 3, приспособления для расширения пучка 4 и щели 5 расположена вогнутая отражательная дифракционная решетка 13, обеспечивающая фокусировку спектр с коррекцией аберраций на плоскости экрана 9.
Учебная установка, представленная на фиг.1, работает следующим образом. Излучение от источника белого света 1 попадает на узкополосный голограммный фильтр 2 и селективно им отражается, причем угол падения, отсчитываемый по шкале поворотного угломерного столика 3 влияет на длину волны отражаемого излучения. Излучение, прошедшее через фильтр, попадает на приспособление для расширения пучка 4, обеспечивающее заполнение светом входной щели 5. Далее коллимирующий объектив 6 формирует параллельный пучок, разлагаемый в спектр диспергирующим компонентом 7 и фокусируемый на экране 9 камерным объективом 8. При этом на экране будет наблюдаться сплошной спектр с темным промежутком, соответствующим полосе подавления узкополосного голограммного фильтра 2. При повороте узкополосного голограммного фильтра его полоса подавления будет смещаться по спектру. Для измерения положения полосы подавления может использоваться измерительный микроскоп или цифровое устройство регистрации.
Учебная установка, представленная на фиг.2, работает следующим образом. Излучение от источника белого света 1 и источников монохроматического излучения 11, согласованное при помощи светоделительных устройств 12, попадает на узкополосный голограммный фильтр 2 и селективно им отражается, при этом угол падения излучения на фильтр измеряется с помощью поворотного угломерного столика 3. Излучение, прошедшее через фильтр, попадает на приспособление для расширения пучка 4, обеспечивающее заполнение светом входной щели 5. Далее коллимирующий объектив 6 формирует параллельный пучок, разлагаемый в спектр призмой 12 и фокусируемый на экране 9 камерным объективом 8. На экране будет наблюдаться сплошной спектр с яркими монохроматическими линиями с темным промежутком, соответствующим полосе подавления фильтра 2. При повороте узкополосного голограммного фильтра его полоса подавления будет смещаться по спектру. Для численной оценки ширины полосы подавления и зависимости ее положения от поворота фильтра проводится калибровка шкалы экрана по монохроматическим линиям.
В учебной установке, представленной на фиг.3, излучение от источника белого света 1 попадает на узкополосный голограммный фильтр 2 и селективно им отражается, причем угол падения, отсчитывается с помощью угломерного столика 3. Излучение, прошедшее через фильтр, попадает на приспособление для расширения пучка 4, обеспечивающее заполнение светом входной щели 5. Далее излучение попадает на вогнутую отражательную решетку, которая разлагает его в спектр и фокусирует в плоскости экрана 9, обеспечивая коррекцию аберраций.
Таким образом, в учебной установке для изучения спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров обеспечивается наглядная качественная демонстрация и количественная оценка спектральных свойств узкополосных голограммных фильтров и зависимости этих свойств от угла падения, а сама учебная установка проста в юстировке и эксплуатации.