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用滤色片或色片或通过分光镜后,可以提供红橙黄绿青蓝紫多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器,发射的激光波长630-680纳米。激光颜色为红色。 三棱镜的分光原理:
三棱镜的分光作用原理基于以下几点: (1)、三棱镜表面对光线的折射作用。
三棱镜对不同波长的各色光具有不同的折射率。因此当三棱镜中入射的光(白光为各种不同波长的复合光,从波长为400纳米(m m)紫光至760纳米的红光)则三棱镜对不同色光具有不同折射率。各色光经折射后的折射角将不同。因此通过三棱镜
出射时,各色光的偏角也随之不同。所以,白光经过三棱镜折射以后将分解成各种色光并呈现出一片按序排列的颜色。这种现象称为光的色散。 (2)、图1-1画出了三棱镜表面产生折射的情况。
如入射光(某一单色光)经三棱 镜AB进入玻璃介质后,光线产生一 偏角δ1该光束在B面出射时,又产生 一偏角δ2光线经二次折射后入射光与 出射光产生的偏角 δ0 =δ1+δ2
对三棱镜两个折射面AB导出折射定律为:
SinI1=nSinI1’ SinI2’=nSinI2
利用两式相减,并根据α= I1’-I2,δ=δ1+δ2= I1-I2’+ I2- I2’ 经过具体运算得Sin1/2(α+δ)=n-Sinα/2*Cos(I1’+I2)/Cos1/2(I1+I2’) 由式可见,光线经棱镜折射后,产生的偏角 是光线入射角I1 。棱镜折射角α和折射率n的函数,对于给定的三棱镜α和n为定值,因此 随I1 而变。
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图1-2表示的光通过三棱镜时的色散现象,由于介质的折射率随波长的的变短而增大,尤其是短波部分,折射率增加的更快。
由图1-2可知红色的波长长,折射率小,产生较小的偏角,而紫色的波长短,折射率大,产生的偏角
也大,这样的光经三棱镜折射后,形成一条按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序的连续光谱,本实验用于演示这一现象。
利用滤色片也可以从白光中获取单色光,常用滤色片有二类,一类是塑料片,它只能透射某一波长的光,而对其它波长具有吸收作用,对玻璃滤光片,玻璃片上镀某种颜色(例如红色)的薄膜,它利用光的频率效应。则它对红色的光是干涉相长。对其它颜色的光则干涉相消。衡量滤色质量优劣的是色纯度。 2、实验器材 :
CSY—2000G主机箱、普通光源、分光装置(三棱镜)、半导体激光器、滤色片、光照度计及探头。 3、 实验步骤:
(1) 根据图1-3将普通光源插进安装架上,把光源的两个插孔分别连接到主机箱的“0~12V”可调电压源上,调节“0~12V”的可调旋钮,可改变光源的亮度(调节电源0~12V必须从最低电压起始慢慢调到12V,否则冲击电流大,电源自动截止保护,要正常工作必须重新开机)。
(2) 将光源升降杆的固定螺钉旋松,旋转光源180°后拧紧固定螺钉。在光源
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的前方适当的位置安放分光三棱镜,旋转棱镜,观察投射出的连续的带状分光光谱(红~紫七色,如图1-3)。
图1-3 光电实验装置示意图(白色光的光色散)
(3) 关闭电源,旋下光源前盖,装上不同颜色的滤色片,观察不同波长(颜色)的光。
(4) 把普通光源取下,换上半导体激光光源,连接5v电源(注意1.二极管保护;2光源注意极性),重复(2)。
(5) 把分光装置对太阳观察太阳光,用一白纸作受光面。从出射的受光面上观测带状光谱(如图1-4)。
图1-4 太阳光的光色散
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第二部分 辐射度与光度学
1、 基本原理:
光辐射的探测和计量,在辐射度单位和光度单位两套不同的体系。辐射度单位适用于整个电磁波段。光度学只适用于可见光波段。本实验帮助学生理解两种概念体系的区别和联系。
2、实验器材:
CSY—2000G主机箱、普通光源(含遮光筒)、半导体激光光源、各种滤色片,光照度计探头
3、 实验步骤:
(1) 根据图1-5装置图将照度计探头代替光敏探头,把照度计探头的两个插孔与主机箱的光照度计两个插孔正负对应相连,再按下主机箱照度计的按纽(×1)。打开主控箱电源,测量当前环境下的照度。
图1-5 辐射度与光度学的接线示意图
(2) 关闭主控箱电源,把普通光源的两个插孔与主控箱的0~12V的可调电源的两个插孔相连,逆时针调节可调电源旋钮到底。把主机箱的电压表输入端(+、?)分别
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与0~12V的可调电源的+、? 相连,监测可调电源的输出大小。按表1-1慢慢旋转可调电源旋钮,按表1-1记录数据。
表1—1 输入电压(v) 光照度(Lx) 2 3 4 5 6 7 (3)关闭主机箱电源,取下实验装置的遮光筒,旋下普通光源的前盖,分别旋上不同颜色的滤光片,装上遮光筒,按上面的方法分别测量不同滤色片下的照度。并作记录,把数据填入表1-2。
表1—2
黄 滤色片颜色(λ) 光照度(Lx) 红 橙 绿 青 蓝 紫 (4)在(3)中,用眼睛观察不同颜色光的亮度情况,感觉同一照度下不同颜色的光,感受一下眼睛对光颜色的敏感度。
(5)关闭主机箱电源,将普通光源撤下换上半导体激光器,将半导体激光器的两个插孔(+、?)分别与主机箱0~5V的可调电源的+、? 相连。开主机箱电源,同上面方法用照度计测量激光器发出的光的照度,作记录把数据填入表1-3。
表1—3 2.5V 3V 输入电压(v) 光照度(Lx) 3.5V 4V 4.5V 5V (6) 关闭主机箱电源,用光功率探头代替照度计探头,将光功率探头的两个插孔(+、
?)分别与主机箱的光功率计输入端的+、? 相连,打开主机箱电源,方法同上用光功率计测量激光器的光功率,并作记录,把数据填入表1-4。
3 表1—4
3.5 4 4.5 5 输入电压(v) 光功率(mw)