[发明专利]一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大学物理实验装置，具体是涉及一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置。

背景技术

利用透明薄膜的上下表面对入射光依次反射，入射光的振幅将分解成有一定光程差的两部分，若两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，则同一级干涉条纹所对应的薄膜厚度相同，这就是所谓的等厚干涉。牛顿环装置是将一块曲率半径较大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃(平晶)上构成的，平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层非常薄的空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。若以平行单色光照射透镜，则经空气层上下表面反射的两光束存在恒定的光程差，因而是相干光，它们在平凸透镜的凸面某处相遇后，将发生干涉。空气层厚度相同处干涉情况相同，形成同一级干涉条纹，因此这种干涉现象是典型的等厚干涉。而空气层厚度相同的点的轨迹是以接触点为中心的同心圆，因此这种干涉图样是以接触点为中心的一系列明暗交替的同心圆环。这种圆环最早由牛顿发现，故称为牛顿环。只要知道入射光的波长λ，并测得某一级牛顿环的半径r，便可代入公式计算出透镜的曲率半径R。相反，当R已知时，则可计算出入射光的波长λ。

用牛顿环测透镜曲率半径是大学物理实验中一个常见的实验项目。目前大学物理实验中，用牛顿环测透镜曲率半径的实验多采用钠光灯作为光源来获得波长为589.3nm的单色光作为入射光源，利用人眼通过读数显微镜直接对牛顿环进行观察测量。这种装置主要存在以下不足：

其一，钠光灯的驱动电源比较复杂，稳定性要求也比较高，容易损坏，而且必须预热5分钟以上才能正常工作，一旦关闭不能立即点亮，否则灯管非常容易烧坏。

其二，钠光灯亮度不易调节，实验中只能通过改变光源的距离来调节入射光的强度。

其三，只有一种波长的单色光，实验内容单一，学生数据容易雷同。

其四，直接通过人眼利用读数显微镜进行观察测量，非常容易疲劳，容易将牛顿环的级数弄错，影响测量结果的准确性。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提出一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置，该装置采用八只不同波长的RCLED(谐振腔发光二极管)作为单色光源，该光源寿命长，驱动简单，不需预热，可随时点亮或关闭，采用PWM方式调节亮度准确方便。通过CCD摄像头将牛顿环直接显示在显示器上，再利用读数显微镜进行观察测量，非常方便省力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用八只不同波长的LED单色光源，LED光源发出的光均可耦合到导光纤维中，导光纤维出口处设置扩束透镜及毛玻璃。LED光源通过接口与电源控制器相连，LED光源由恒流源驱动，通过恒流源电流调节旋钮可以调节电流大小，并可在电流显示屏上显示出来，光源的亮度采用PWM(脉冲宽度调制)调节，因为这种方式效率更高，电流控制也更精准，而且不会产生任何色谱偏移。电源控制器上设置八个开关控制按键，分别控制八只不同波长的LED单色光源的开关。利用LED单色光源发出的单色光作为入射光源，经半反镜反射后照亮牛顿环装置。在读数显微镜的目镜前方设置一CCD摄像头，通过CCD摄像头与显示器之间的接口与显示器相连，可以将牛顿环直接显示在显示器上，观察测量非常方便。实验时，通过电源控制器上的光源开关控制按键，点亮对应不同波长的LED单色光源，调节PWM调光控制调节旋钮使入射光亮度合适，作为实验用的入射光源，通过CCD摄像头将牛顿环直接显示在显示器上，利用读数显微镜即可进行观察测量。

本发明的有益效果是，采用RCLED作为单色光源，光源寿命长，驱动简单，实验时不需预热，并且亮度调节方便，可以获得八种不同波长的单色光，实验内容丰富，学生数据不易雷同。通过CCD摄像头将牛顿环直接显示在显示器上进行观察测量，方便省力，不易将牛顿环的级数弄错，从而提高测量结果的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图是本发明的结构示意图。