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积木化教学系统

2024-08-01

基于“模块化+生态化"设计理念,将传统光学实验固定式装置解构为标准化功能单元,提供从光学元件、精密机械件、有源器件到辅助工具等468项组件合集,通过空间优化设计,在7层收纳柜中,实现500+组件收纳管理。光学和机械件全方位覆盖,为完成多种光学实验的演示和原理验证提供充分自由的探索空间。

 

1、几何光学系列实验

1.1、透镜成像实验:利用凸透镜进行投影成像,前后移动透镜,在探测器上接受不同大小的物像,验证光的直线传播原理。

图1. 透镜成像实验

1.2、双透镜成像实验:利用双透镜焦距叠加搭建4F扩束系统,更换透镜实现显微成像。

图2. 双透镜成像实验

2、反射光的偏振特性验证实验:利用两个偏振态正交的偏振波片,检测入射光偏振态改变对输出光强变化的影响,并测定样品折射率,验证马率斯定律。测量通过起偏器、1/4 波片后的光的偏振特性,了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点。

图3. 反射光的偏振特性验证实验

3、偏振三维成像实验:利用光源、偏振光学元件演示基于光的偏振特性的三维成像,入射光通过偏振片和检偏器进行偏振态过滤,在特定角度进行清晰成像。

图4. 偏振三维成像实验


4、光的波长与光谱检测系列实验
4.1、 光的合成与分解实验:将红绿蓝三个单色激光分别依次通过合色棱镜混合出白光,更换入射光源,利用白光LED作为衍射光栅入射光源,在接受屏上观察光谱色散现象,验证光的可逆特性及光的衍射和色散原理。

图5. 光的合成与分解实验


4.2、简易光谱分析实验:利用光栅和狭缝对入射白光进行衍射分光,观察探测器上不同波长光斑的光谱曲线,分别用三个单色激光器出射单色光经过透镜聚焦观察光强曲线,对比分析光谱变化,演示光谱仪基本原理。

图6. 简易光谱分析实验


5、迈克尔逊干涉实验:将激光器出射的激光经过分光棱镜分为垂直的两束出射光,在两束出射光相等位置处均放置垂直于光轴的反射镜,缓慢移动其中一个反射镜的前后位置,观察探测器上干涉图案的变化,了解同轴干涉的基本原理和特点。

图7. 迈克尔逊干涉实验

6、马赫-曾德尔干涉实验:将激光器出射的激光通过分光棱镜分为两束,在两束光的前后位置分别放置反射镜和分光棱镜进行合束,其中两束光的光程相等,缓慢移动其中一束光路中的反射镜位置观察探测器上干涉图样的变化,了解离轴干涉的基本原理和特征。

图8. 马赫-曾德尔干涉实验

7、拓展性与定制化:积木式教学系统具备高度拓展性,可以根据不同的研究方向自由增加实验内容,如光镊/涡旋光镊系统和简易显微镜系统,满足不同教学和研究需求。

典型项目