一種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助實驗裝置。它采用八只不同波長的LED單色光源，光源發(fā)出的光耦合到導(dǎo)光纖維中，出口設(shè)置擴束透鏡及毛玻璃。在讀數(shù)顯微鏡的目鏡前方設(shè)置CCD攝像頭，通過接口與顯示器相連，可將牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上。點亮不同波長的LED單色光源，作為實驗用的入射光源，經(jīng)半反鏡反射后照亮牛頓環(huán)裝置，通過CCD攝像頭將牛頓環(huán)顯示在顯示器上，利用讀數(shù)顯微鏡即可進行測量。本發(fā)明采用LED作為單色光源，壽命長，實驗時不需預(yù)熱，亮度調(diào)節(jié)方便，可獲得八種不同波長的單色光，實驗內(nèi)容豐富，學(xué)生數(shù)據(jù)不易雷同，通過CCD攝像頭將牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上進行觀察測量，方便省力。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大學(xué)物理實驗裝置，具體是涉及一種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的 輔助實驗裝置。 -種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助實驗裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 利用透明薄膜的上下表面對入射光依次反射，入射光的振幅將分解成有一定光程 差的兩部分，若兩束反射光在相遇時的光程差取決于產(chǎn)生反射光的薄膜厚度，則同一級干 涉條紋所對應(yīng)的薄膜厚度相同，這就是所謂的等厚干涉。牛頓環(huán)裝置是將一塊曲率半徑較 大的平凸透鏡的凸面放在一塊光學(xué)平板玻璃（平晶）上構(gòu)成的，平凸透鏡的凸面與玻璃平 板之間形成一層非常薄的空氣薄膜，其厚度從中心接觸點到邊緣逐漸增加。若以平行單色 光照射透鏡，則經(jīng)空氣層上下表面反射的兩光束存在恒定的光程差，因而是相干光，它們在 平凸透鏡的凸面某處相遇后，將發(fā)生干涉。空氣層厚度相同處干涉情況相同，形成同一級干 涉條紋，因此這種干涉現(xiàn)象是典型的等厚干涉。而空氣層厚度相同的點的軌跡是以接觸點 為中心的同心圓，因此這種干涉圖樣是以接觸點為中心的一系列明暗交替的同心圓環(huán)。這 種圓環(huán)最早由牛頓發(fā)現(xiàn)，故稱為牛頓環(huán)。只要知道入射光的波長λ，并測得某一級牛頓環(huán)的 半徑r，便可代入公式計算出透鏡的曲率半徑R。相反，當R已知時，則可計算出入射光的波 長λ。
[0003] 用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑是大學(xué)物理實驗中一個常見的實驗項目。目前大學(xué)物理 實驗中，用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的實驗多采用鈉光燈作為光源來獲得波長為589. 3nm的 單色光作為入射光源，利用人眼通過讀數(shù)顯微鏡直接對牛頓環(huán)進行觀察測量。這種裝置主 要存在以下不足：
[0004] 其一，鈉光燈的驅(qū)動電源比較復(fù)雜，穩(wěn)定性要求也比較高，容易損壞，而且必須預(yù) 熱5分鐘以上才能正常工作，一旦關(guān)閉不能立即點亮，否則燈管非常容易燒壞。
[0005] 其二，鈉光燈亮度不易調(diào)節(jié)，實驗中只能通過改變光源的距離來調(diào)節(jié)入射光的強 度。
[0006] 其三，只有一種波長的單色光，實驗內(nèi)容單一，學(xué)生數(shù)據(jù)容易雷同。
[0007] 其四，直接通過人眼利用讀數(shù)顯微鏡進行觀察測量，非常容易疲勞，容易將牛頓環(huán) 的級數(shù)弄錯，影響測量結(jié)果的準確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助 實驗裝置，該裝置采用八只不同波長的RCLED (諧振腔發(fā)光二極管）作為單色光源，該光源 壽命長，驅(qū)動簡單，不需預(yù)熱，可隨時點亮或關(guān)閉，采用PWM方式調(diào)節(jié)亮度準確方便。通過 C⑶攝像頭將牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上，再利用讀數(shù)顯微鏡進行觀察測量，非常方便省 力。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：采用八只不同波長的LED單色光 源，LED光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維中，導(dǎo)光纖維出口處設(shè)置擴束透鏡及毛玻璃。LED 光源通過接口與電源控制器相連，LED光源由恒流源驅(qū)動，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào) 節(jié)電流大小，并可在電流顯示屏上顯示出來，光源的亮度采用PWM(脈沖寬度調(diào)制）調(diào)節(jié)，因 為這種方式效率更高，電流控制也更精準，而且不會產(chǎn)生任何色譜偏移。電源控制器上設(shè)置 八個開關(guān)控制按鍵，分別控制八只不同波長的LED單色光源的開關(guān)。利用LED單色光源發(fā) 出的單色光作為入射光源，經(jīng)半反鏡反射后照亮牛頓環(huán)裝置。在讀數(shù)顯微鏡的目鏡前方設(shè) 置一 (XD攝像頭，通過(XD攝像頭與顯示器之間的接口與顯示器相連，可以將牛頓環(huán)直接顯 示在顯示器上，觀察測量非常方便。實驗時，通過電源控制器上的光源開關(guān)控制按鍵，點亮 對應(yīng)不同波長的LED單色光源，調(diào)節(jié)PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕使入射光亮度合適，作為實驗用 的入射光源，通過CCD攝像頭將牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上，利用讀數(shù)顯微鏡即可進行觀 察測量。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是，采用RCLED作為單色光源，光源壽命長，驅(qū)動簡單，實驗時 不需預(yù)熱，并且亮度調(diào)節(jié)方便，可以獲得八種不同波長的單色光，實驗內(nèi)容豐富，學(xué)生數(shù)據(jù) 不易雷同。通過C⑶攝像頭將牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上進行觀察測量，方便省力，不易將 牛頓環(huán)的級數(shù)弄錯，從而提高測量結(jié)果的準確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012] 附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖中1.顯示器，2.顯示器電源開關(guān)，3.顯示器亮度調(diào)節(jié)旋鈕，4.顯示器對比度調(diào) 節(jié)旋鈕，5. LED光源一，6. LED光源二，7. LED光源三，8. LED光源四，9. LED光源五，10. LED光 源六，11. LED光源七，12. LED光源八，13. LED光源與電源控制器接口一，14. LED光源與電源 控制器接口二，15.恒流源電流顯示屏，16.恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕，17. LED光源PWM調(diào)光控 制調(diào)節(jié)旋鈕，18. LED光源與電源控制器接口三，19. LED光源與電源控制器接口四，20. LED 光源一開關(guān)控制按鍵，21. LED光源二開關(guān)控制按鍵，22. LED光源三開關(guān)控制按鍵，23. LED 光源四開關(guān)控制按鍵，24. LED光源五開關(guān)控制按鍵，25. LED光源六開關(guān)控制按鍵，26. LED 光源七開關(guān)控制按鍵，27. LED光源八開關(guān)控制按鍵，28. C⑶攝像頭與顯示器之間的接口， 29. C⑶攝像頭，30.目鏡，31.調(diào)焦手輪，32.測微鼓輪，33.半反鏡，34.牛頓環(huán)裝置，35.毛 玻璃，36.擴束透鏡，37.導(dǎo)光纖維，38.半反鏡旋輪，39.底座。

【具體實施方式】
[0014] 圖中，采用八只不同波長的LED單色光源，分別為LED光源一 5, LED光源二6, LED 光源三7, LED光源四8, LED光源五9, LED光源六10, LED光源七11，LED光源八12, LED光 源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維37中，導(dǎo)光纖維37出口處設(shè)置擴束透鏡36及毛玻璃35。 LED光源通過接口，分別是LED光源與電源控制器接口一 13, LED光源與電源控制器接口二 14, LED光源與電源控制器接口三18, LED光源與電源控制器接口四19,與電源控制器相連， LED光源由恒流源驅(qū)動，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕16可以調(diào)節(jié)電流大小，并可在恒流源電 流顯示屏15上顯示出來，光源的亮度可以通過LED光源PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕17來調(diào)節(jié)。 電源控制器上設(shè)置八個開關(guān)控制按鍵，分別為LED光源一開關(guān)控制按鍵20, LED光源二開關(guān) 控制按鍵21，LED光源三開關(guān)控制按鍵22, LED光源四開關(guān)控制按鍵23, LED光源五開關(guān)控 制按鍵24, LED光源六開關(guān)控制按鍵25, LED光源七開關(guān)控制按鍵26, LED光源八開關(guān)控制 按鍵27,分別控制八只不同波長的LED單色光源的開關(guān)。利用LED單色光源發(fā)出的單色光 作為入射光源，經(jīng)半反鏡33反射后照亮牛頓環(huán)裝置34。在讀數(shù)顯微鏡的目鏡30前方設(shè)置 一 (XD攝像頭29,通過(XD攝像頭與顯示器之間的接口 28與顯示器1相連，可以將牛頓環(huán) 直接顯示在顯示器1上，觀察測量非常方便。通過顯示器亮度調(diào)節(jié)旋鈕3及顯示器對比度 調(diào)節(jié)旋鈕4可以將顯示器1的亮度及對比度調(diào)節(jié)合適。
[0015] 具體實驗操作步驟為：
[0016] (1)借助室內(nèi)的燈光，用眼睛觀察牛頓環(huán)裝置34上的牛頓環(huán)，看到一亮點位于鏡 框的中心，周圍的干涉條紋呈圓環(huán)狀。若亮點不在鏡框中心，輕微旋動金屬鏡框上的三個調(diào) 節(jié)螺絲，使環(huán)心面積最小，并穩(wěn)定在鏡框中心（注意不要將螺絲擰得太緊，以免干涉條紋變 形，導(dǎo)致測量誤差加大或光學(xué)玻璃破裂）。
[0017] (2)將牛頓環(huán)裝置34放置在讀數(shù)顯微鏡底座39的測量工作臺上，高度調(diào)節(jié)合適， 通過半反鏡旋輪38調(diào)整半反鏡33的角度約為45度。
[0018] (3)通過電源控制器上的光源開關(guān)控制按鍵點亮一只LED單色光源，比如通過LED 光源八開關(guān)控制按鍵27點亮LED光源八12,通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕16調(diào)節(jié)恒流源輸出 合適的電流，通過LED光源PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕17使入射光亮度合適。調(diào)節(jié)擴束透鏡36 及毛玻璃35,使導(dǎo)光纖維37輸出的單色光經(jīng)半反鏡33反射后均勻照射到牛頓環(huán)裝置34 上。打開顯示器電源開關(guān)2，通過顯示器亮度調(diào)節(jié)旋鈕3及顯示器對比度調(diào)節(jié)旋鈕4將顯示 器1的亮度及對比度調(diào)節(jié)合適。通過半反鏡旋輪38輕微調(diào)整半反鏡33,使視場被均勻照 亮，且亮度達到最大，這時基本上滿足入射光垂直照射透鏡的要求。
[0019] (4)干涉條紋產(chǎn)生在空氣薄層的上表面，因此應(yīng)對上表面調(diào)焦，才能看到清晰的干 涉圖樣。通過調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪31，直到在顯示器1上能同時看到清晰的十字叉絲及牛頓環(huán)的 像為止。轉(zhuǎn)動目鏡30使十字叉絲一條絲與標尺垂直，然后小心移動牛頓環(huán)裝置34,直到牛 頓環(huán)中心暗斑大致對準十字叉絲的交叉點。
[0020] (5)接下來，轉(zhuǎn)動讀數(shù)顯微鏡的測微鼓輪32測量數(shù)據(jù)，最后代入公式計算出透鏡 的曲率半徑。
[0021] 以上對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行了闡述，但是本發(fā)明所介紹的實施例并沒有限制的意 圖，在不背離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，本發(fā)明可有多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助實驗裝置，具體是采用八只不同波長的LED單 色光源，LED光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維中，導(dǎo)光纖維出口處設(shè)置擴束透鏡及毛玻 璃，其特征是：LED光源通過接口與電源控制器相連，LED光源由恒流源驅(qū)動，通過恒流源 電流調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)電流大小，并可在電流顯示屏上顯示出來，光源的亮度采用PWM(脈 沖寬度調(diào)制）調(diào)節(jié)，因為這種方式效率更高，電流控制也更精準，而且不會產(chǎn)生任何色譜偏 移，電源控制器上設(shè)置八個開關(guān)控制按鍵，分別控制八只不同波長的LED單色光源的開關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑的輔助實驗裝置，其特征是：利用 LED單色光源發(fā)出的單色光作為入射光源，經(jīng)半反鏡反射后照亮牛頓環(huán)裝置，在讀數(shù)顯微鏡 的目鏡前方設(shè)置一 CCD攝像頭，通過CCD攝像頭與顯示器之間的接口與顯示器相連，可以將 牛頓環(huán)直接顯示在顯示器上，觀察測量非常方便。
【文檔編號】G09B23/22GK104064092SQ201410258215
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】田凱, 王照平, 孫彩霞, 王博, 王寧 申請人:黃河科技學(xué)院