一种分立式分光计及其实验调节方法技术

本发明专利技术公开了一种分立式分光计及其实验调节方法，它包括导轨、载物平台、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏。载物平台一侧的导轨上设有平行光凸透镜，平行光凸透镜的前焦面上设有狭缝，平行光透镜和狭缝用于产生平行光。载物平台另一侧的导轨上设有成像凸透镜，成像透镜后焦面处设有观察屏，观察屏中心设有一通光小孔，通光孔上方和下方各刻有一个十字叉丝，以便于分光计的调节。成像透镜与观察屏用于平行光会聚，成清晰像。本发明专利技术采用观察屏成像，使实验结果清晰成像在观察屏中心，扩大了观察的视场，利于观察结果，减轻了用眼疲劳。分立式分光计利用导轨和可移动滑块代替了原有分光计的镜筒，利于更换原件。

A separate spectrometer and its experimental adjustment method

【技术实现步骤摘要】
一种分立式分光计及其实验调节方法
本专利技术属于光学实验领域，具体涉及一种分立式分光计及其实验方法。
技术介绍
分光计是一种重要的光学仪器，是精密的测角仪，最小分度值可达1′。分光计的基本光学结构又是许多光学仪器的基础（如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪），在物理实验中既能培养学生的基本实验技能，又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力，因此它也是大学物理实验中必做的实验。例如测量三棱镜的顶角、最小偏向角、棱镜玻璃的折射率等一系列实验数据。在大学物理实验所涉及的众多实验仪器中，分光计的调节与使用是最不容易被学生掌握的。由于分光计装置结构较复杂，在使用前需要对分光计进行复杂的调整操作，其难点主要在于：使光线通过平行光管射出；望远镜调焦至无穷远，即平行；望远镜和平行光管共轴，且均与分光计中心轴垂直等。并且在观察有关现象和测量角度时，为获得正确的测量结果，须保证让分光计的光学系统（准直管和望远镜）要适合平行光。即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直，以保证观察面是一个平面。部分学生往往不能在有限的时间内完成调节与测量，因此分光计的调节与使用成为了大学物理实验课教学的难点。另外由于封闭的结构，使学生不能很快理解分光计工作原理，导致学生调节速度很慢，耽误实验进度，同时目镜的镜筒观察时视野很小，长时间观察会造成用眼疲劳。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有分光计，使分光计的结构更简单，操作更容易，原理更明显易懂以及利用分光计进行更多光学实验。为了解决上述问题，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术包括导轨、载物平台、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏。载物平台一侧的导轨上设有平行光凸透镜，平行光凸透镜的前焦面上设有狭缝，平行光透镜和狭缝用于产生平行光。载物平台另一侧的导轨上设有成像凸透镜，成像透镜后焦面处设有观察屏，观察屏中心设有一通光小孔，通光孔上方和下方各刻有一个十字叉丝，其中下方的十字叉丝可透光，以便于分光计的调节。成像透镜与观察屏用于平行光会聚，成清晰像。进一步说，分立式分光计所使用的光源为谱线包括589.0nm、589.6nm的钠光灯或谱线包括365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的汞灯光源。进一步说，载物平台一侧的导轨位置固定，载物平台另一侧的导轨以载物平台为中心可以自由转动。进一步说，所述观察屏的通光小孔设置于观察屏的中心位置，通光小孔设置为圆形结构，通光小孔直径范围为0.1mm-2mm。进一步说，所述狭缝所在的屏面规格尺度应与观察屏屏面规格尺度相对应，测量时，所述狭缝结构为竖直矩形，且位于所在屏面中心位置，狭缝中心与通光小孔中心对应，狭缝宽度范围为0.1mm-1mm。一种分立式分光计实验调节方法，具体是：开启电源，启动半导体激光器，在狭缝与载物平台之间放置平行光凸透镜，调节半导体激光器与平行光凸透镜中心到设定水平标高，使激光束穿过所述观察屏的通光孔后，垂直入射的平行光凸透镜中心，平行光凸透镜前后表面会将光束反射回通光孔周围，并在观察屏上形成两个光斑。随后调节平行光凸透镜高低与左右位置，使两光斑在观察屏上重合，并形成干涉图案，即同心圆环，调整平行光凸透镜的角度，使同心圆环中心与通光孔重合，实现平行光凸透镜光轴与观察屏小孔中心同轴等高。调节半导体激光器，使其照亮观察屏上可透光的十字叉丝，并在载物平台上放置平面镜，调节平面镜法线方向垂直成像透镜，并调节观察屏前后位置，使平面镜反射回观察屏上的十字叉丝像清晰。调节载物平台水平，使十字像与十字叉丝完全重合后，再将平面镜旋转180°，再次调节载物台水平，使十字像与十字叉丝完全重合，关闭半导体激光器，完成分立式分光计实验调节操作。开启光源，移动狭缝前后位置，并调节狭缝到合适宽度，使观察屏上干涉条纹清晰后，即可开始分光计测量实验。开启光源，移动狭缝前后位置，使观察屏上狭缝像清晰，并调节狭缝到合适宽度；随后调节狭缝高度，使狭缝像的中心与观察屏通光孔同轴等高；即可开始分光计测量实验。本专利技术的有益效果是：分立式分光计使用时可以直接观察光路，工作原理清晰，易于理解。另外原有分光计观察时需要通过目镜镜筒观察，视场狭小，长时间观察会造成用眼疲劳，分立式分光计采用观察屏成像，使实验结果清晰成像在观察屏中心，扩大了观察的视场，利于观察结果，减轻了用眼疲劳。分立式分光计利用导轨和可移动滑块代替了原有分光计的镜筒，利于更换原件，可以实现其他光学实验，例如将元件更换为激光光源，起偏器，检偏器，光电探测器，可以实现在分立式分光计上拓展光的偏振实验。另外本专利技术方法操作简洁，图像清晰，显著拓宽视野，易于观察，大大缩短分光计实验调整时间。该分立式分光计结构平台及方法可还用于凸透镜焦距测量、光强分布测量、光的偏振测量等实验开展，在物理教学实验中能够广泛应用。附图说明图1是分立式分光计光路系统；图2是分立式分光计主体平台；图3是狭缝结构；图4是观察屏结构。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术将分光计的平行光管和目镜用导轨、可移动滑块支架以及透镜代替，并用观察屏进行成像观察。所述导轨分别位于载物平台两端，光源方向导轨固定，不能转动，像侧导轨可绕载物平台自由转动。按照光轴方向，狭缝位于平行光凸透镜前方，并处于平行光凸透镜的前焦点处，用于产生平行光，在载物平台正后方为成像凸透镜，用于平行光会聚，观察屏位于成像凸透镜后焦平面处，用于观察成像结果。实施例：如图1和图2所示，本专利技术包括光源、导轨、可移动滑块支架、狭缝、载物平台、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏。分立式分光计使用前应调节各元件中心位于同一水平高度，导轨1物侧设有平行光凸透镜3，平行光凸透镜3的前焦面上设有狭缝2，见图3，平行光透镜和狭缝用于产生平行光。载物平台位于平行光透镜正后方，载物平台后方设有成像凸透镜5，成像透镜5后焦面处设有观察屏，观察屏中心设有一通光小孔，通光孔上方刻有一个十字叉丝，下方刻有一个可透光的十字叉丝，见图4，以便于分光计的调节。成像透镜与观察屏用于平行光会聚，成清晰像。本专利技术利用平行光透镜和狭缝产生平行光，用以代替传统分光计的平行光管。利用成像透镜和观察屏进行清晰成像和现象观察，用以代替传统分光计的目镜。本专利技术中的狭缝、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏均通过可移动滑块支座上与导轨滑动连接，可移动滑块支座上的这些的元件可替换，用以实现其他实验，比如图3所示。分立式分光计所使用的光源为钠光灯，谱线包括589.0nm、589.6nm；汞灯光源，谱线包括365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm。本专利技术中的物方导轨位置固定，像方导轨以载物平台为中心可以自由转动。本专利技术实验调节方法包括以下步骤：开启电源，启动半导体激光器7，在狭缝与载物平台之间放置平行光凸透镜，调节半导体激光器与平行光凸透镜中心到设定水平标高，使激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分立式分光计，其特征在于，包括导轨、载物平台、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏；/n载物平台一侧的导轨上设有平行光凸透镜，平行光凸透镜的前焦面上设有狭缝，平行光透镜和狭缝用于产生平行光；/n载物平台另一侧的导轨上设有成像凸透镜，成像透镜后焦面处设有观察屏，观察屏中心设有一通光孔，通光孔上方和下方各刻有一个十字叉丝，其中下方的十字叉丝可透光，以便于分光计的调节；成像透镜与观察屏用于平行光会聚，成清晰像。/n

【技术特征摘要】
1.一种分立式分光计，其特征在于，包括导轨、载物平台、平行光凸透镜、成像透镜和观察屏；
载物平台一侧的导轨上设有平行光凸透镜，平行光凸透镜的前焦面上设有狭缝，平行光透镜和狭缝用于产生平行光；
载物平台另一侧的导轨上设有成像凸透镜，成像透镜后焦面处设有观察屏，观察屏中心设有一通光孔，通光孔上方和下方各刻有一个十字叉丝，其中下方的十字叉丝可透光，以便于分光计的调节；成像透镜与观察屏用于平行光会聚，成清晰像。


2.根据权利要求1所述的一种分立式分光计，其特征在于，分立式分光计所使用的光源为谱线包括589.0nm、589.6nm的钠光灯或谱线包括365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的汞灯光源。


3.根据权利要求1所述的一种分立式分光计，其特征在于，载物平台一侧的导轨位置固定，载物平台另一侧的导轨以载物平台为中心可以自由转动。


4.根据权利要求1所述的一种分立式分光计，其特征在于，所述观察屏的通光小孔设置于观察屏的中心位置，通光小孔设置为圆形结构，通光小孔直径范围为0.1mm-2mm。


5.根据权利要求4所述的一种分立式分光计，其特征在于，所述狭缝所在的屏面规格尺度应与观察屏屏面规格尺度相对应，测量时，所述狭缝结构为竖直矩形，且位于所在屏面中心位置，狭缝中心与通光小孔中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：王关晴，崔凯科，陈翔翔，王路，罗丹，彭辉丽，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33