基本信息
- 項目名稱：
- “貓眼”設計
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本文利用法拉第旋光效應設計了“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，雖然從室內看外面很清晰，但是從外面還是能看到室內的一小部分的物象，而用法拉第旋光效應可以發(fā)生消光現(xiàn)象，使得從室外幾乎看不到室內物象，這樣就更好的發(fā)揮了“貓眼”的作用，同時也很好的應用了法拉第旋光效應。
- 詳細介紹：
- 本文利用法拉第旋光效應的特性，當線偏振光沿著磁場方向透過磁場中的磁性物質時透過的光仍為線偏振光，但由于磁場中的磁性物質對左、右圓偏振的折射率不同，使透射線偏振光的偏振方向旋轉。線偏振光通過旋光光物質，光偏振面的方向旋轉角度a，這光被反射而沿相反方向第二次通過同一旋光光物質后，又恢復到第一次通過旋光物質之前的偏振面方向；若線偏振光通過磁場中的磁性物質，由于法拉第旋光效應，偏轉面方向也旋轉角度a，當這光被反射再沿著相反方向第二次通過同一物質后，與第一次通過之前相比，則偏振面方向轉過角度2a。又根據馬呂斯定律，線偏振光垂直入射到一塊理想偏振片上，當入射光電振動和偏振片的透振方向之間夾為90度時發(fā)生完全消光。 我們裝置就利用上述兩個原理，首先，讓光線透過偏振片P1，得到線偏振光，線偏振光通過處于通電螺線管內旋光物質重火石玻璃,再通過偏振片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，當光線從室內到室外時，通過偏振片P1得到線偏振光，振動面沿豎直方向，經過旋光物質旋 轉45度，與P2的透振方向垂直，發(fā)生消光，室外看不到室內景象 ；當光線從室外到室內時經過線偏振片P2得到與豎直方向夾角45度的線偏振光，再經過旋光物質旋轉度，振動面回到豎直方向恰好通過P1，由室內看到室外景象。另外，我們經過計算在該裝置前后合理放置幾何光學器件，凸透鏡和凹透鏡以達到更好的視覺效果。 經過相關的理論計算和實驗驗證，并且用3DMAX模擬，設計出了一套新的“貓眼”裝置。
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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特性制作一個“貓眼”裝置，安裝在門窗上，由室內可看到室外景物，而由室外看不到室內物體。 首先，光線經過透鏡匯聚，然后通過線偏振片得到線偏振光，線偏振光經過旋光物質（處在磁場中），由于法拉第旋光效，光的偏振方向發(fā)生偏轉，合理的放置另一偏振片構成“貓眼”裝置，使得室內的人經過該裝置能夠看到室外的景象，而室外的人看不到室內物體。
科學性、先進性及獨特之處
- 巧妙的利用法拉第旋光效應設計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。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 可以安裝在門窗上代替“貓眼”裝置，也可以用于光隔離器。
學術論文摘要
- 本裝置根據法拉第旋光效應，線偏振光通過處于磁場中的旋光物質光的偏振方向會發(fā)生旋轉，偏轉角大小與費爾德常數(shù)、磁場強度和旋光物質的厚度成正比,光的傳播方向反轉時，法拉第旋轉的左右方向互換，這樣，當光線由室內到室外經過第一個偏振片得到線偏光，經過旋光物質后振動面發(fā)生旋轉，選擇合適旋轉角，再經過與振動面相互垂直的第二個偏振片，根據馬呂斯定律，發(fā)生消光，這樣室外就看不到室內的物體，而當光線由室外到室內時，經過偏振片和旋光物質，線偏光的振動面恰好與第一個偏振片的方向平行，這樣就可以由室內看到室外的景物。
獲獎情況
- 2011年5月榮獲山西大學第十五屆“創(chuàng)新挑戰(zhàn)杯”學生課外學術科技作品競賽自然科學類論文二等獎。
鑒定結果
- 榮獲山西大學第十五屆“創(chuàng)新挑戰(zhàn)杯”學生課外學術科技作品競賽自然科學類論文二等獎。
參考文獻
- 1.董有爾．大學物理實驗．合肥：中國科學技術大學出版社，2006.4． 2.張?zhí)靻?，董有爾．近代物理實驗．北京：科學出版社，2004. 3.趙凱華，鐘錫華．光學．北京：北京大學出版社，1981. 4.楊翠紅. Er_3Ga_5O～(12)材料磁光法拉第效應的理論研究[D]揚州大學, 2004
同類課題研究水平概述
- 近年來，隨著光電子技術的發(fā)展，法拉第旋光效應在光電子學、光子學、計算機、信息處理、光纖通信、科學研究以及磁場測量等方面的研究和應用不斷向深度和廣度發(fā)展?，F(xiàn)今，利用磁光效應原理實現(xiàn)了對地球磁場測量的新方法——磁旋光成像地球磁場測量方法。 另外，利用法拉第旋光效應制成的的光學隔離器，可以用于投影顯示的色彩處理; 根據磁致旋光效應和磁光玻璃磁致旋光效應，對ZF1、ZF6磁光玻璃的磁致旋光效應分別進行了實驗研究,給出偏振面旋轉角與磁感應強度，用來計算出波長不變情況下不同磁感應強度的費爾德常數(shù). 目前，利用偏振光磁光效應進行科學研究的領域越來越多，如研究宇宙磁場、觀察微觀磁場結構等諸多方面。利用磁光效應原理還可制作各種光學器件和測量傳感器。這些新技術往往具有以往技術無法比擬的優(yōu)點。與此同時，有些研究者利用磁光效應來研究太陽磁場。而將此原理用于對地球磁場的研究。
