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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- “貓眼”設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 本文利用法拉第旋光效應(yīng)設(shè)計(jì)了“貓眼”的方案，普通防盜門的“貓眼”是利用凸透鏡與凹透鏡成像原理，雖然從室內(nèi)看外面很清晰，但是從外面還是能看到室內(nèi)的一小部分的物象，而用法拉第旋光效應(yīng)可以發(fā)生消光現(xiàn)象，使得從室外幾乎看不到室內(nèi)物象，這樣就更好的發(fā)揮了“貓眼”的作用，同時(shí)也很好的應(yīng)用了法拉第旋光效應(yīng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文利用法拉第旋光效應(yīng)的特性，當(dāng)線偏振光沿著磁場(chǎng)方向透過(guò)磁場(chǎng)中的磁性物質(zhì)時(shí)透過(guò)的光仍為線偏振光，但由于磁場(chǎng)中的磁性物質(zhì)對(duì)左、右圓偏振的折射率不同，使透射線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)。線偏振光通過(guò)旋光光物質(zhì)，光偏振面的方向旋轉(zhuǎn)角度a，這光被反射而沿相反方向第二次通過(guò)同一旋光光物質(zhì)后，又恢復(fù)到第一次通過(guò)旋光物質(zhì)之前的偏振面方向；若線偏振光通過(guò)磁場(chǎng)中的磁性物質(zhì)，由于法拉第旋光效應(yīng)，偏轉(zhuǎn)面方向也旋轉(zhuǎn)角度a，當(dāng)這光被反射再沿著相反方向第二次通過(guò)同一物質(zhì)后，與第一次通過(guò)之前相比，則偏振面方向轉(zhuǎn)過(guò)角度2a。又根據(jù)馬呂斯定律，線偏振光垂直入射到一塊理想偏振片上，當(dāng)入射光電振動(dòng)和偏振片的透振方向之間夾為90度時(shí)發(fā)生完全消光。 我們裝置就利用上述兩個(gè)原理，首先，讓光線透過(guò)偏振片P1，得到線偏振光，線偏振光通過(guò)處于通電螺線管內(nèi)旋光物質(zhì)重火石玻璃,再通過(guò)偏振片p2。偏振片P1的透振方向處于豎直方向，偏振片P2的透振方向與豎直方向夾角45度，當(dāng)光線從室內(nèi)到室外時(shí)，通過(guò)偏振片P1得到線偏振光，振動(dòng)面沿豎直方向，經(jīng)過(guò)旋光物質(zhì)旋 轉(zhuǎn)45度，與P2的透振方向垂直，發(fā)生消光，室外看不到室內(nèi)景象 ；當(dāng)光線從室外到室內(nèi)時(shí)經(jīng)過(guò)線偏振片P2得到與豎直方向夾角45度的線偏振光，再經(jīng)過(guò)旋光物質(zhì)旋轉(zhuǎn)度，振動(dòng)面回到豎直方向恰好通過(guò)P1，由室內(nèi)看到室外景象。另外，我們經(jīng)過(guò)計(jì)算在該裝置前后合理放置幾何光學(xué)器件，凸透鏡和凹透鏡以達(dá)到更好的視覺(jué)效果。 經(jīng)過(guò)相關(guān)的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且用3DMAX模擬，設(shè)計(jì)出了一套新的“貓眼”裝置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 利用法拉第旋光效應(yīng)特性制作一個(gè)“貓眼”裝置，安裝在門窗上，由室內(nèi)可看到室外景物，而由室外看不到室內(nèi)物體。 首先，光線經(jīng)過(guò)透鏡匯聚，然后通過(guò)線偏振片得到線偏振光，線偏振光經(jīng)過(guò)旋光物質(zhì)（處在磁場(chǎng)中），由于法拉第旋光效，光的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，合理的放置另一偏振片構(gòu)成“貓眼”裝置，使得室內(nèi)的人經(jīng)過(guò)該裝置能夠看到室外的景象，而室外的人看不到室內(nèi)物體。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 巧妙的利用法拉第旋光效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種新方法制作一種類似于貓眼的裝置，可以安裝在門窗上代替“貓眼”裝置，相比于普通貓眼安全性更高。另外，也可以用作光隔離器。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 可以安裝在門窗上代替“貓眼”裝置，也可以用于光隔離器。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本裝置根據(jù)法拉第旋光效應(yīng)，線偏振光通過(guò)處于磁場(chǎng)中的旋光物質(zhì)光的偏振方向會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角大小與費(fèi)爾德常數(shù)、磁場(chǎng)強(qiáng)度和旋光物質(zhì)的厚度成正比,光的傳播方向反轉(zhuǎn)時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)的左右方向互換，這樣，當(dāng)光線由室內(nèi)到室外經(jīng)過(guò)第一個(gè)偏振片得到線偏光，經(jīng)過(guò)旋光物質(zhì)后振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，選擇合適旋轉(zhuǎn)角，再經(jīng)過(guò)與振動(dòng)面相互垂直的第二個(gè)偏振片，根據(jù)馬呂斯定律，發(fā)生消光，這樣室外就看不到室內(nèi)的物體，而當(dāng)光線由室外到室內(nèi)時(shí)，經(jīng)過(guò)偏振片和旋光物質(zhì)，線偏光的振動(dòng)面恰好與第一個(gè)偏振片的方向平行，這樣就可以由室內(nèi)看到室外的景物。
獲獎(jiǎng)情況
- 2011年5月榮獲山西大學(xué)第十五屆“創(chuàng)新挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽自然科學(xué)類論文二等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 榮獲山西大學(xué)第十五屆“創(chuàng)新挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽自然科學(xué)類論文二等獎(jiǎng)。
參考文獻(xiàn)
- 1.董有爾．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2006.4． 2.張?zhí)靻矗袪枺锢韺?shí)驗(yàn)．北京：科學(xué)出版社，2004. 3.趙凱華，鐘錫華．光學(xué)．北京：北京大學(xué)出版社，1981. 4.楊翠紅. Er_3Ga_5O～(12)材料磁光法拉第效應(yīng)的理論研究[D]揚(yáng)州大學(xué), 2004
同類課題研究水平概述
- 近年來(lái)，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，法拉第旋光效應(yīng)在光電子學(xué)、光子學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息處理、光纖通信、科學(xué)研究以及磁場(chǎng)測(cè)量等方面的研究和應(yīng)用不斷向深度和廣度發(fā)展?，F(xiàn)今，利用磁光效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)了對(duì)地球磁場(chǎng)測(cè)量的新方法——磁旋光成像地球磁場(chǎng)測(cè)量方法。 另外，利用法拉第旋光效應(yīng)制成的的光學(xué)隔離器，可以用于投影顯示的色彩處理; 根據(jù)磁致旋光效應(yīng)和磁光玻璃磁致旋光效應(yīng)，對(duì)ZF1、ZF6磁光玻璃的磁致旋光效應(yīng)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,給出偏振面旋轉(zhuǎn)角與磁感應(yīng)強(qiáng)度，用來(lái)計(jì)算出波長(zhǎng)不變情況下不同磁感應(yīng)強(qiáng)度的費(fèi)爾德常數(shù). 目前，利用偏振光磁光效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)研究的領(lǐng)域越來(lái)越多，如研究宇宙磁場(chǎng)、觀察微觀磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)等諸多方面。利用磁光效應(yīng)原理還可制作各種光學(xué)器件和測(cè)量傳感器。這些新技術(shù)往往具有以往技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，有些研究者利用磁光效應(yīng)來(lái)研究太陽(yáng)磁場(chǎng)。而將此原理用于對(duì)地球磁場(chǎng)的研究。
