一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置。它采用八只不同波长的LED单色光源，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，毛玻璃位于读数显微镜的半反镜前方，LED光源通过接口与电源控制器相连，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。在读数显微镜的目镜前方设置一CCD摄像头，通过接口与显示器相连。本实用新型采用LED作为单色光源，寿命长，实验时不需预热，亮度调节方便，可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。
【专利说明】—种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型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】
[0002]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 O
[0003]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:
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
实用新型内容
[0008]为了克服现有技术的上述不足，本实用新型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。
[0009]本实用新型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，毛玻璃位于读数显微镜的半反镜前方。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CXD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。
[0010]本实用新型的有益效果是，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。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0012]附图是本实用新型的结构示意图。
[0013]图中1.显示器，2.显示器电源开关，3.显示器亮度调节旋钮，4.显示器对比度调节旋钮，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光源与电源控制器接口一，14.LED光源与电源控制器接口二，15.恒流源电流显示屏，16.恒流源电流调节旋钮，17.LED光源PWM调光控制调节旋钮，18.LED光源与电源控制器接口三，19.LED光源与电源控制器接口四，20.LED光源一开关控制按键，21.LED光源二开关控制按键，22.LED光源三开关控制按键，23.LED光源四开关控制按键，24.LED光源五开关控制按键，25.LED光源六开关控制按键，26.LED光源七开关控制按键，27.LED光源八开关控制按键，28.CXD摄像头与显示器之间的接口，29.C⑶摄像头，30.目镜，31.调焦手轮，32.测微鼓轮，33.半反镜，34.牛顿环装置，35.毛玻璃，36.扩束透镜，37.导光纤维，38.半反镜旋轮，39.底座。
【具体实施方式】
[0014]图中，采用八只不同波长的LED单色光源，分别为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光源发出的光均可耦合到导光纤维37中，导光纤维37出口处设置扩束透镜36及毛玻璃35。LED光源通过接口，分别是LED光源与电源控制器接口一 13，LED光源与电源控制器接口二14，LED光源与电源控制器接口三18，LED光源与电源控制器接口四19，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16可以调节电流大小，并可在恒流源电流显示屏15上显示出来，光源的亮度可以通过LED光源PWM调光控制调节旋钮17来调节。电源控制器上设置八个开关控制按键，分别为LED光源一开关控制按键20，LED光源二开关控制按键21，LED光源三开关控制按键22，LED光源四开关控制按键23，LED光源五开关控制按键24，LED光源六开关控制按键25，LED光源七开关控制按键26，LED光源八开关控制按键27，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33反射后照亮牛顿环装置34。在读数显微镜的目镜30前方设置一 CXD摄像头29，通过CXD摄像头与显示器之间的接口 28与显示器I相连，可以将牛顿环直接显示在显示器I上，观察测量非常方便。通过显示器亮度调节旋钮3及显示器对比度调节旋钮4可以将显示器I的亮度及对比度调节合适。
[0015]具体实验操作步骤为:
[0016](I)借助室内的灯光，用眼睛观察牛顿环装置34上的牛顿环，看到一亮点位于镜框的中心，周围的干涉条纹呈圆环状。若亮点不在镜框中心，轻微旋动金属镜框上的三个调节螺丝，使环心面积最小，并稳定在镜框中心(注意不要将螺丝拧得太紧，以免干涉条纹变形，导致测量误差加大或光学玻璃破裂)。
[0017](2)将牛顿环装置34放置在读数显微镜底座39的测量工作台上，高度调节合适，通过半反镜旋轮38调整半反镜33的角度约为45度。
[0018](3)通过电源控制器上的光源开关控制按键点亮一只LED单色光源，比如通过LED光源八开关控制按键27点亮LED光源八12，通过恒流源电流调节旋钮16调节恒流源输出合适的电流，通过LED光源PWM调光控制调节旋钮17使入射光亮度合适。调节扩束透镜36及毛玻璃35，使导光纤维37输出的单色光经半反镜33反射后均匀照射到牛顿环装置34上。打开显示器电源开关2，通过显示器亮度调节旋钮3及显示器对比度调节旋钮4将显示器I的亮度及对比度调节合适。通过半反镜旋轮38轻微调整半反镜33，使视场被均匀照亮，且亮度达到最大，这时基本上满足入射光垂直照射透镜的要求。
[0019](4)干涉条纹产生在空气薄层的上表面，因此应对上表面调焦，才能看到清晰的干涉图样。通过调节调焦手轮31，直到在显示器I上能同时看到清晰的十字叉丝及牛顿环的像为止。转动目镜30使十字叉丝一条丝与标尺垂直，然后小心移动牛顿环装置34，直到牛顿环中心暗斑大致对准十字叉丝的交叉点。
[0020](5)接下来，转动读数显微镜的测微鼓轮32测量数据，最后代入公式计算出透镜的曲率半径。
[0021]以上对本实用新型的结构进行了阐述，但是本实用新型所介绍的实施例并没有限制的意图，在不背离本实用新型主旨的范围内，本实用新型可有多种变化和修改。
【权利要求】
1.一种用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置，具体是采用八只不同波长的LED单色光源，其特征是: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，毛玻璃位于读数显微镜的半反镜前方，LED光源通过接口与电源控制器相连，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。
2.根据权利要求1所述的用牛顿环测透镜曲率半径的辅助实验装置，其特征是:在读数显微镜的目镜前方设置一 CCD摄像头，通过接口与显示器相连。
【文档编号】G09B23/22GK203966419SQ201420309353
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】田凯, 王照平, 孙彩霞, 王博, 王宁 申请人:黄河科技学院