一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置的制作方法

本实用新型涉及实验设备技术领域，具体涉及一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置。

背景技术：

现有的《光电效应法测普朗克常数教学实验》的单色光获得主要方法有两种，一是光谱仪法，其不足是价格高不利于普及，用机械转动装置改变光波长，鼓轮读数，长期磨损会有误差。二是高压汞灯滤光片法，不足是：1、高压汞灯及电源价格高、体积大、沉重，需要预热和冷却过程，不方便使用。在光强一定的情况下，各个单色光光强差别较大。2、只有五种波长分离的特定单色光，尤其是没有在截止频率附近的单色光，不利于探索截止频率的需要。3、实验表明采用汞灯滤光片获得的单色光单色性并不好，滤光片出射谱线波长与标称值（汞灯谱线）不对应，测量精度低。还有用LED灯做光源的实验方法，但LED灯光源的频带较宽，半高半宽5nm左右（红灯波长620～625nm，绿灯波长520～525nm，蓝灯波465～470nm），实验测出的数据相对偏差较大。

《激光杂志》2015年11期报道了赵加强等的论文“用半导体激光器作为光源改进普朗克常数测定仪”用小功率半导体激光器替换高压汞灯对仪器进行改进可以解决这些问题，并具有功耗小，寿命长，性能稳定等优点。但由于其多个半导体激光器并列放置在一桶内结构，使其具有缺点：1、各个单色激光器出射光相对于光电管入射口位置不同，入射光光强度不同，差别较大；2、接近桶壁的激光束散射到桶壁上，使桶壁材料产生的荧光混同激光一起进入光电管；3、激光器距离光电管入射口较远，激光使空气分子和空气中杂质产生的荧光混同激光一起进入光电管。这些都影响测量精度。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置，解决了现有技术多个半导体激光器并列放置在一桶内结构，造成测量精度低的问题。

一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置，包括小型半导体激光器、激光器套管、光电管进光口、光澜圆盘，光电管进光口之前设有可以改变孔径的光澜圆盘，光澜圆盘在圆周上分布有多个不同孔径的孔光澜，光澜圆盘绕圆盘中心转动可以使光澜圆盘上不同的孔光澜对应到光电管进光口的位置；所述光澜圆盘之前设置有激光器套管，激光器套管固定在套管固定圆盘上，激光器套管的底端设有通光孔，小型半导体激光器插入激光器套管内，套管固定圆盘绕圆盘中心转动可以使小型半导体激光器对应在电管进光口位置。

本实用新型更进一步改进方案是，所述激光器套管为一个，不同波长的小型半导体激光器可以分别交替插入激光器套管。

本实用新型更进一步改进方案是，所述激光器套管为多个，不同波长的小型半导体激光器可以分别插入各个激光器套管内，转动激光器套管固定圆盘，可以使不同波长的小型半导体激光器对应到光电管进光口位置，分别使各个不同波长的激光入射到光电管进光口。

本实用新型更进一步改进方案是，小型半导体激光器的激光波长为405、450、532、635、650nm的5种或5种波长以上。

本实用新型更进一步改进方案是，激光器套管、光澜圆盘是由金属材料制作的，并且表面经过氧化变黑处理。。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、为物理实验教学提供一种精确度高、光源波长种类不受限制、光强度可调、有更接近截止频率的单色光、体积小、重量轻、成本低、节约电、易于推广、使用方便、光源与测量结果之间对应关系直观形象，使学生更加深理解物理概念、培养动手能力的实验装置。

2、所述激光器套管、光澜圆盘由金属材料制作的，并且表面经过氧化变黑处理。有利于激光器散热，避免激光器套管、光澜圆盘表面产生莹光进入光电管。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置的示意图。

图2为本实用新型一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置的测量各个激光波长对应遏止电压数据表，室温25℃。

图3为本实用新型一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置的四个点测量普朗克常数Matlab线性归一拟合作图。

图4为本实用新型一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置的5个点测量普朗克常数Matlab线性归一拟合作图。

其中：1-小型半导体激光器、2-激光器套管、21-通光孔、22-套管固定圆盘、3-光电管进光口、4-光澜圆盘、41-孔光澜。

具体实施方式

图1所示本实用新型一种用半导体激光器作为光源测普朗克常数的装置，包括小型半导体激光器1、激光器套管2、光电管进光口3、光澜圆盘4，光电管进光口3之前设有可以改变孔径的光澜圆盘4，光澜圆盘4在圆周上分布有多个不同孔径的孔光澜41，光澜圆盘4绕圆盘中心转动可以使光澜圆盘4上不同的孔光澜41对应到光电管进光口3的位置；所述光澜圆盘4之前设置有激光器套管2，激光器套管2固定在套管固定圆盘22上，激光器套管2的底端设有通光孔21，小型半导体激光器1插入激光器套管2内，套管固定圆盘22绕圆盘中心转动可以使小型半导体激光器1对应在电管进光口3位置。

使用时，小型半导体激光器1可以插入激光器套管2，并对应到光电管进光口3位置，激光器射出激光可以经过光澜圆盘4上的某一个孔光澜41射入光电管进光口3。转动光澜圆盘4可以改变光澜圆盘4上大小不同的孔光澜41对应到光电管进光口3位置，可以改变进入到光电管进光口3的光强度。

实施例1：

选择直径2mm的孔光澜旋转对应到图中光电管进光口位置，再把激光器套管转动到光电管进光口对应位置。

开启激光器电源使激光器稳定出射弱激光，强激光不满足爱因斯坦方程，激光光强应较弱。用对光电管两级加-2到+2挡的低电压做反向电压源，光电管光电流输出用A的电流表挡显示.调整激光器电源使光强调到恰当的强度。调整激光器电源使刚开始加反向电压时的初始光电流输出在恰当的数字×A，对应405nm 和532nm激光的初始光电流数字在10左右. 635nm的激光器输出光斑是线状的，通过孔径光阑的光能量较少，把直径8mm的孔光澜旋转对应到图中光电管进光口位置，初始光电流数字83. 波长650nm激光对应的初始光电流数字为3.波长450nm的激光器体积稍大，可另加固定架固定激光器，激光输出功率也要调低.在反向电压初值时，调整激光器电源使初始光电流输出数字为3.3左右.分别测量各个激光波长对应的遏止电压，利用爱因斯坦方程， 用Matlab线性归一拟合图求普朗克常数。 见图2。

用Matlab线性归一拟合图求普朗克常数

爱因斯坦方程 （1）,斜率

根据式（1）用Matlab做线性归一拟合

图3是波长405、532、635、650nm四个点测量普朗克常数Matlab线性归一拟合图线性归一方程U=0.4136ν-1.4792,测得普朗克常数6.625872×J·S,相对公认值6.62606896×j·s的绝对偏差为0.00119696× J·S，相对误差为0.003% .光电管电子逸出功 W=1.4792 eV=2.370×J .

图4是波长405、532、635、650、450nm五个点测量普朗克常数Matlab线性归一拟合作图，波长450nm的激光器较大不能固定在光电管上，激光从外部射入光电管.线性归一方程 U=0.4139 x－1.4888，测得普朗克常数为6.6308×JS，相对误差为0.072%，光电管电子逸出功W=1.4888 eV 。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。