波动光学综合测试仪器设备技术领域
本发明主要涉及一种波动光学综合测试仪器设备，尤其涉及一种能够同时测量双
缝干涉实验中明(暗)条纹的宽度、单缝衍射实验中中央明纹的宽度和其它明(暗)纹的宽
度、圆孔衍射实验中艾里斑的直径、光栅衍射实验中衍射角大小、验证马吕斯定律、测定布
儒斯特角等数个实验内容的装置，同时也具有上述实验项目的演示功能。
背景技术
早期教学中，人们采用光具座上插入光源、双缝、和光屏来观察双缝干涉现象，但
是不能测量双缝干涉明(暗)条纹的宽度。人们采用光具座上插入光源、单缝和光屏来观察
单缝衍射现象，但是并不能测量单缝衍射中央明纹的宽度和其它明(暗)纹的宽度。人们采
用光具座上插入光源、圆孔、和光屏来观察圆孔衍射现象，但是不能测量圆孔衍射图样中艾
里斑的直径。人们采用分光计来测量光栅衍射的衍射角但是必须通过望远镜来观察现象，
不利于教学讲解。人们采用偏振光测试仪器来验证马吕斯定律和测量布儒斯特角，但是仪
器昂贵。再者，早期教学中光源往往采用汞灯，汞灯寿命短、价格高。
综上所述，在早期教学中，不同的实验项目需要不同的实验仪器，而且实验仪器昂
贵，花费大，且各仪器测试功能具有很大的局限性。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种波动光
学综合测试仪器设备，采用本设备可以完成双缝干涉实验、单缝衍射实验、圆孔衍射实验、
光栅衍射实验、偏振光实验、验证马吕斯定律、测定布儒斯特角等数个实验项目的演示和测
量，综合性强，节约成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
波动光学综合测试仪器设备，包括设置有中心轴的底座，中心轴上设置用于安装
可调节光源和待测光学器件的光源轨道、用于读取转动角度的游标盘，游标盘外围套设可
转动刻度盘，刻度盘连接可与其同步转动的光屏轨道，光屏轨道上设置用于接收光源信号
的可调节光屏。
游标盘上对径设置α游标和β游标，用于配合刻度盘测量角度。
所述α游标和β游标上面分别标有最小分度值为1′的0～30′的分度线，刻度盘的周
向均匀标有最小分度值为30′的0～360°的分度线。
光源轨道和光屏轨道上均设有最小分度值为毫米的刻度。
中心轴上还设置有与游标盘同轴的载物台，载物台中心处设置用于固定待测光学
器件的插孔。
载物台为双层结构，上层通过三个可调节高度和水平度的调平螺丝顶起。
中心轴上还设置有可转动的支撑臂，光屏轨道和游标盘均与支撑臂固定连接。
光源轨道下方还设有用于支撑的立柱，光源轨道上安装光源底座和备用底座，光
源底座上安装光源，备用底座上安装待测光学器件；光屏轨道上安装光屏底座，光屏底座上
安装光屏。
所述光源为激光器。
本发明的有益效果：
1、本发明只用一套实验教学仪器就可以完成多项实验项目的演示和测量，综合性
能强，效率高，节约了实验成本，且相比分光计，其光路外漏、实验现象直观更便于教学讲
解；相比光具座上所做的单缝衍射和双缝干涉和圆孔衍射实验来讲，本发明能够精准测量，
可以用于对重要光学定理的实验验证。
2、本发明采用相对运动原理，达到测量微小角度的目的，精度高。
3、本发明对径设计游标，消除了偏心差，降低了测量误差。
4、本发明结构牢靠，能够保证所有实验平稳进行。
5、本发明的光源采用便携式激光器，单色性好，价格低，寿命长。
附图说明
附图1为本发明总体结构示意图。
附图中所示标号：1、光源；2、光源底座；3、备用底座；4、光源轨道；5、载物台；6、插
孔；7、调平螺丝；8、光屏轨道；9、光屏；10、光屏底座；11、手柄；12、β游标；13、锁紧螺丝；14、
游标盘；15、α游标；16、刻度盘；17、立柱；18、中心轴；19、支撑臂；20、底座。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明
本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域
技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如附图1所述，本设备底座20的中心安装上细下粗逐级次递增的中心轴18，中心轴
18上依次套有支撑臂19，游标盘14，光源轨道4和载物台5，光源1采用便携式激光器，通过光
源底座2安装在光源轨道4上，为了达到实验效果，激光器上下可调，左右可移动，并且轨道4
上面均匀刻有最小分度为毫米的刻度，可以测量光源1到中心轴18之间的距离。备用底座3
是为插入其它不同的光学器件而设计，光源轨道4通过立柱17支撑，并通过中心轴18固定。
光屏轨道8焊接在支撑臂19上，并和刻度盘16焊接在一起，在光屏轨道8的下方焊
接手柄11，当转动手柄11时，刻度盘16和光屏轨道8一起转动，从而达到测量角度的目的。光
屏轨道8上带有光屏底座10用来插入光屏9，光屏轨道8上面均匀刻有最小分度为毫米的刻
度用来测量刻度盘16到光屏9之间的距离。光屏9用黑色磨砂屏，用于吸收其它反射光，在光
屏9中央画上十字白线，用来定位衍射或者干涉图样。
在游标盘14的上面对径设计了α游标15和β游标12，这样设计是为了消除偏心差所
产生的误差。两个游标上面分别标有最小分度值为1′的0-30′的分度线，它们的设计是为了
配合刻度盘16来测量角度，刻度盘16的一周均匀标有0-360°的分度线，且每0.5°的地方还
刻有短线，即最小刻度为30′。测量时读出α游标15和β游标12所对应的两个数值，然后取平
均值就是光屏9的位置。立柱17和仪器底座20均采用钢铁实心铸造，它们质量大，而且结实
是为了防止振动，保证所有实验能够平稳地进行。
载物台5位于中心轴18的最上端，中央设计了插孔6，可以插入光学仪器，插入的实
验仪器可以通过锁紧螺丝13锁紧。载物台5的上面均匀刻有最小分度值为1°的0-360°的刻
度，可用于测量布儒斯特角。载物台5的下面有三个调平螺丝7，可以调节载物台5的高度和
水平度。
下面结合几个具体实施例，对本发明进一步具体说明：
实施例1-双缝干涉实验及干涉条纹的测量：
把制作好的双缝(双缝的间距可以是0.1mm—0.5mm)，安装固定在一个支架上，把
支架插入备用底座3上，打开激光器1，让激光通过双缝，调整光屏9，使通过双缝的光投射到
光屏9上，形成等间距的干涉条纹。微调光屏9使干涉条纹中的其中一条干涉明(暗)条纹的
中心与光屏中的白色竖线重合，并记录下α游标15和β游标12的读数记作α1和β1，然后移动手
柄11，使白色竖线到达相邻的明(暗)条纹的中心时，记录此时两个游标的读数α2和β2，这样
就可以计算出手轮光屏9移动的角度θ，即从光源轨道4和光屏轨道8上
可以读出光屏9和双缝之间的距离L，从而可以算出干涉条纹的间距为Δx＝Lθ。在实际操作
中为了减少误差，可以一次计算出10个条纹的宽度，最后再除以10。
实施例2-单缝衍射实验及中央明纹的测量
把制作好的单缝(单缝的宽度是0.1mm—0.3mm)，安装固定在一个支架上，把支架
插入备用底座3上，打开激光器1，让激光通过单缝，调整光屏9，使衍射图样投射到光屏9上，
移动光屏9，使十字叉丝固定在+1级暗纹中心，读出此时两个游标的读数α游标15和β游标12
的读数记作α1和β1，之后转动光屏，使光屏上十字叉的交点固定在-1级暗纹中心，读出此时α
游标15和β游标12的读数记作α2和β2，利用公式求出转过的角度θ，从
光源轨道4和光屏轨道8上可以读出光屏和单缝之间的距离L，从而可以求出中央明纹的宽
度为Δx0＝Lθ，同理可以测量其它明纹的宽度。
实施例3-圆孔衍射实验及艾里斑直径的测量
把制作好的圆孔(圆孔的直径为0.1mm—0.5mm)装在支架上，把支架插入备用底座
3中，让激光器1发出的光通过圆孔，调整光屏9，使通过圆孔的光投射到光屏上，形成圆孔衍
射图样。微调光屏9，使艾里斑的左边缘(即第一级暗环条纹中心)正好与光屏上十字叉丝的
交点重合，并记录此时两个游标α游标15和β游标12的读数记作α1和β1，然后移动手柄使光屏
上的十字叉丝交点落在艾里斑的右边缘(第一级暗环条纹中心)心时，记录此时α游标15和β
游标12的读数α2和β2，利用公式求出转过的角度θ，从轨道4和光屏轨道
8上可以读出光屏和圆孔之间的距离L，从而可以求出艾里斑的直径为D＝Lθ。
实施例4-光栅衍射实验及衍射角的测量
将带有底座的光栅放在载物台5上，调节激光器1让激光通过光栅投射到光屏9上，
调节光屏使零级衍射光谱与光屏9上的白色竖线重合，记录此时两个游标α游标15和β游标
12的读数记作α1和β1，然后转动手柄使光屏9的白色竖线和第一级衍射光谱重合，记录此时α
游标15和β游标12的读数α2和β2，利用公式求出转过的角度θ，这就是光
栅衍射的第一级衍射角，同理可以测量其它级衍射角。
实施例5-偏振光实验及玻璃的布儒斯特角测量
将一个教学用偏振片安装到支架上并插入到备用底座3上，打开激光器1，让激光
通过偏振片，调节光屏9，使出射光照到光屏9上，旋转偏振片一周(即改变偏振片的偏振化
方向一周)，观察光屏9上光强的变化，从而认识偏振化方向对线偏振光强度的影响。然后将
另一个偏振片安装在支架上，插入载物台插孔6中，并通过锁紧螺钉13固定，转动其中一个
偏振片一周，观察光屏9上光强的变化，验证马吕斯定律的正确性。
将一教学用偏振片安装在支架上，并把它插入到备用底座3上，打开激光器1，把需
要测量的玻璃安装在底座上，并放在载物台5上，载物台5的边缘上刻有0-360°的刻度线。调
整载物台5及待测玻璃，使光垂直照射在玻璃上，记录此时待测玻璃在载物台上的位置即
θ1，然后转动待测玻璃任意锐角，并转动手柄11使待测玻璃上的反射光照射到光屏9上，观
察反射光的强度，转动偏振片使光强变得最弱，之后再转动待测玻璃并观察反射光强度，当
光强变为零时，停止转动玻璃片并记录此时待测玻璃的位置θ2，那么待测玻璃的布儒斯特
角就为i0＝θ2-θ1。