资源描述：
《激光标线的原理和实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第1期物理实验Vol.27No.12007年1月PHYSICSEXPERIMENTATIONJan.,2007激光标线的原理和实验12汪建军,胡德敬(1.浙江万里学院应用物理研究所,浙江宁波315101;2.同济大学物理系,上海200092)摘要:根据几何光学知识分析了激光标线原理.理论和实验表明:激光标线长度与激光光束形状、光学元件形状及材料折射率有关.并讨论了激光标线向两侧扩展的原因.关键词:激光标线;发散角;圆柱玻璃;折射率中图分类号:O435.1文献标识码:A文章编号:100524642(2007)0120031203矩形长边线
2、度大,有利于此方向上的激光拦腰照1引言射并透过圆柱透明体的整个横截面,产生最大的激光标线是激光通过光学元件后在物体表面会聚角,从而形成最长的标线.投射出的一条或多条明亮直线.它在多种工作中由透镜成像公式可知,当物距为无穷大时,像作为基准线、定位线,为各种标线工作带来很大方距等于焦距,像距最小,此时成像光线的会聚角最便.因此,各种形式和用途的激光标线仪也应运大,如图1所示.另外,透镜的球面曲率半径愈而生.虽然它们的结构和用途不完全相同,但都小,对光的会聚能力愈强,对应的会聚角就愈大.主要是半导体激光器和某些光学元件的组合,是组合创新的一种应用:既
3、利用了半导体激光器小巧、使用方便等优点,也巧妙、简单地利用了某些基本光学元件的特性.因此,对激光标线仪原理的探究和实验研究,有利于培养学生的创新意识和能力,有利于学生动手、动脑的训练,该内容可图1光线经圆柱体的2次折射作为设计性实验或选做实验.下面用厚透镜的成像公式和图1、图2来分2原理分析析会聚角的大小和入射光束的形状、光学元件的激光标线仪的光学部分通常是由半导体激光形状及材料折射率的关系.器、光束校正透镜和圆柱透明体(玻璃棒或聚碳酸如图2所示,设构成厚透镜材料的折射率为酯棒)组成.半导体激光经校正透镜形成较好的n,透镜在空气中,取物方和像方
4、介质的折射率平行光,经圆柱透明体后,在远处的物体(如墙)上n1=n2=1,透镜前后两球面的曲率半径分别为r1形成一条明亮的红色直线.半导体激光器的输出和r2,透镜厚度为t,P为主光轴上的一发光点,功率一般为几mW,输出波长为630～680nm,输P″为球面AOB所成的虚像,P′为虚物P″经球面出光束的横截面类似狭长的矩形,输出光束的发AO′B所成的实像.[1]散角比较大,2个方向的发散角一般分别为10°和对于球面AOB,物像公式为40°,通过球面透镜或非球面透镜的校正可接近平nn1n-n1-=.(1)s″sr1行光,得到平行的细光束或矩形光束.
5、细光束应[1]对于球面AO′B,物像公式为用广泛而矩形光束主要是用于激光标线仪.因为收稿日期:2006204228;修改日期:2006206230作者简介:汪建军(1963-),男,浙江宁波人,浙江万里学院应用物理研究所实验师,从事实验教学与研究.32物理实验第27卷通过柱面镜形成线状光源,尽量调节好相互距离,以提高光束的平行性.3)已知折射率且曲率半径明显不同的会聚透镜2～3块.4)已知折射率的细圆玻璃棒或有机玻璃棒2～3根,如折射率未知,可按参考文献[2]中实验一提供的方法来测量.5)固定元件用的支架若干个.图2厚透镜成像原理6)如购买激光
6、标线仪产品就更好,可供学生观察对比用.n2-n=n2-n.(2)实验内容为:s′s″-tr21)用不同形状的激光束(光束截面形状为圆要使会聚角最大,除了平行光入射外,还应采点状和椭圆状或线状的2种激光束),在相同条件用圆柱透明体,因为圆形截面前后两球面曲率半下(光源到透镜、透镜到观察屏或墙的距离都相径相对其他形状是最小,对光的会聚能力最强,且等)照射同一透镜或细圆玻璃棒的相同部位,比较圆柱透明体最容易获得,也容易制作.因此,激光激光标线的长短.很显然,光束截面是椭圆状或标线仪中常采用圆柱体,令其半径为R,设s=线状的激光能较多地照射在透镜或玻璃
7、棒的边缘-∞,r1=R,r2=-R,n1=n2=1,t=2R,联立(1)部分,形成较大的会聚角,故激光标线也长.式和(2)式,可得:2)用同一激光源(截面可以是圆点状或椭圆(2-n)Rs′=2(n-1).(3)状、线状),在相同条件下照射曲率半径明显不同由式(3)可知:s′的大小和折射率有关,对一般的的透镜或细圆玻璃棒,比较激光标线的长度,用线玻璃材料,n越大,s′越小,会聚角就越大,因此,应状光束或椭圆状光束能看到更明显的效果.曲率用折射率大的材料做成的扩束元件为好.半径越小的元件,形成的激光标线越长.由于玻由图1用折射定律很容易证明:璃材料
8、的折射率一般相差不大,即使折射率未知,θ′=2(θ-i).(4)其影响也不大.式中:θ为入射角,i为折射角,θ′为经圆柱玻璃体3)用同一激光源,在相同
