分立式分光计及其实验调节方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010836417.7 (22)申请日 2020.08.19 (71)申请人 杭州电子科技大学 地址 310018 浙江省杭州市钱塘新区白杨 街道2号大街 (72)发明人 王关晴崔凯科陈翔翔王路 罗丹彭辉丽 (74)专利代理机构 浙江千克知识产权代理有限 公司 33246 代理人 周希良 (51)Int.Cl. G09B 23/22(2006.01) (54)发明名称 一种分立式分光计及其实验调节方法 (57)摘要 本发明公开了一种分立式分光计及其实验 调节方法， 它包括导。

2、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。 权利要求书1页 说明书3页。

3、 附图2页 CN 111933004 A 2020.11.13 CN 111933004 A 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。

4、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。

5、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。 6.一种分立式分光计实验调节方法， 采用权利要求1所述的分立式分光计， 其特征在 于： 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， 。

6、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，。

7、 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。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111933004 A 2 一种分立式分光计及其实验调节方法 技术领域 0001 本发明属于光学实验领域， 具体涉及一种分立式分光计及其实验方法。 背景技术 0002 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。

8、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。 0003 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， 。

9、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。 发明内容 0004 本发明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。 0005 为了解决上述问题， 本发明采取以下技术方案： 本发明包括导轨、 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。

10、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。 0006 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。 0007 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。 0008 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。

11、平台为 中心可以自由转动。 0009 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。 0010 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 说明书 1/3 页 3 CN 111933004 A 3 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。 0011 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。

12、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。 0012 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。 0013 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。 0014 调节载物平台水平， 使。

13、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。 0015 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。 0016 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。 0017 本发明的有益效果是： 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。

14、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。 另外本发明方法操作简洁， 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。

15、。 附图说明 0018 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 0019 下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。 说明书 2/3 页 4 CN 111933004 A 4 0020 本发明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，。

16、 观察屏位于成像凸透镜后焦平面处， 用于观察成像结果。 0021 实施例： 如图1和图2所示， 本发明包括光源、 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。

17、与观 察屏用于平行光会聚， 成清晰像。 0022 本发明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。 本发明中的 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。 本发明中的物方导轨位置固定， 像方导轨以载。

18、物平台为中心可 以自由转动。 0023 本发明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。 0024 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。 0025 调节半导体激光器， 使其照亮。

19、观察屏上的可透光的十字叉丝， 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。 0026 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。 0027 开启光源 （钠/汞灯） 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。 说明书 3/3 页 5 CN 111933004 A 5 图1 图2 说明书附图 1/2 页 6 CN 111933004 A 6 图3 图4 说明书附图 2/2 页 7 CN 111933004 A 7 。