分光计实验中棱镜折射率色散 研究的实验拓展

在分光计实验教学过程中,在完成自准法测量三棱镜的顶角的基础上,让学生把实验中能够清晰观察到的汞灯棱镜光谱中不同波长谱线对应的折射率利用最小偏向角法进行测量,再利用正常色散的柯西经验公式对数据进行拟合,作出n-λ曲线并求出所用材料(三棱镜)的系数A、B、C。通过上述实验内容的拓展,不仅让学生进一步熟悉了最小偏向角法测量三棱镜玻璃折射率的实验操作方法,而且让学生对棱镜玻璃波长色散的物理含义有了定量上的深入理解。     

基于计算机拟合的三棱镜色散率测量

利用分光计对三棱镜顶角和汞光灯、钠光灯的不同波长光线的最小偏向角进行测量,并且计算不同波长光线的折射率,再利用计算机编程拟合实验曲线,得到关于三棱镜的色散曲线,最后求导得到色散率函数。     

Origin软件在研究三棱镜色散关系与色散率曲线中的应用

结合光栅测光波波长和分光计测三棱镜玻璃的折射率两个普通物理实验,将观测到的11条谱线的相关数据利用Origin软件进行自定义非线性拟合、绘图、微分等功能,得出三棱镜色散关系函数以及色散曲线,对色散曲线微分得出色散率曲线,展示了 Origin软件在物理实验数据处理中的高效、准确和科学性。     

连续谱全反射法研究三棱镜折射率色散特性

利用连续光谱全反射法,研究了三棱镜的折射率色散特性,增加了测量波长数目.利用最小二乘法进行曲线拟合,给出三棱镜折射率的柯西表达式.     

利用色散法探索玻尔氢原子理论测量普朗克常数

普朗克常数是物理学中一个重要的常数,利用测角仪器分光计,探索用玻尔氢原子理论来测普朗克常数。根据最小偏向角测量三棱镜折射率的原理,利用分光计测量三棱镜的折射率来研究光的色散规律,测量棱镜材料对不同波长入射光的折射率,得到棱镜材料的色散曲线和拟合方程。根据玻尔的氢原子理论,用分光计测出氢原子光谱四条谱线（α,β,γ,δ）的偏向角对应的折射率,由科西经验公式计算出相应的波长。     

棱镜法测量水的色散

本文改进了测量液体折射率的一种方法，由原先对单色波长光源测量液体折射率发展为用复合光源（汞灯）直接测量色散．在原先两个等边三棱镜之间加入液体膜，在利用全反射原理的基础上，增加了一个棱镜用于产生色散．测出了水对于不同波长的光的色散，与文献对照不确定度在0．1％以内．最后对这种测量方法作了讨论．     

测量玻璃折射率实验的讨论

讨论了最小偏向角法测量三棱镜玻璃折射率的理论和实验,可有效地解决测量玻璃折射率实验中所出现的问题。     

高折射率玻璃微珠色散特性及影响

基于二次彩虹法用三种不同波长(632.8 nm、532 nm、404 nm)的激光测量了玻璃微珠的折射率,并由柯西色散公式拟合得到三种典型高折射率玻璃微珠1.90、1.93和2.2的色散方程,得出现行的玻璃微珠具有正常色散但色散较大的结论.通过分析在不同入射角情况下,色散对玻璃微珠回归反射性能的影响,得出折射率1.90和1.93的玻璃微珠具有优良的回归反射性能.此外,用光线追迹模拟了色散对回归反射后光能量在近轴区域分布的影响,折射率1.90和1.93的玻璃微珠回归反射光线的能量主要集中在5°范围内.     

低零色散Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发,研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃,利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质,分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响,并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明:该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18μm);该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移,摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5μm和1.5μm附近,且该玻璃的热稳定性较好,有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺,获得了最低损耗为8.2dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.     

基于分光计多光源三棱镜色散特性综合实验的探究性研究

当光线传播到不同介质界面如平面镜、三棱镜等的光学表面时,会发生反射、折射现象,光线的传播方向将发生改变,在入射光和出射光之间产生一定的夹角。以分光计作为精确测量角度的光学仪器,分别在氢灯、氦灯、钠灯和汞灯几种不同光源照射下,选取对应光源中清晰且能够准确确定位置和波长的谱线,分别采用最小偏向角测量法和掠入射法,测量出不同频率单色光在三棱镜中的折射率,建立色散特性经验公式,获取的三棱镜色散特性规律符合柯西色散公式。研究结果对于基于分光计调节的设计研究性、系列专题实验等探究性教学具有一定的指导意义。     

汞光谱色散曲线实验研究

在现有理论基础上,利用汞光谱色散实验测出汞光谱8条谱线对棱镜的折射率后,通过多项式拟合得到了波长和折射率的经验关系,即色散特性函数,并由此得到了汞光谱的角色散率.本文有助于人们更深入认识色散现象.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.     

冰洲石-玻璃组合平行分束偏光镜的设计研究

为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料，又实现偏振光的大剪切差输出，采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法，设计了一种新型平行分束偏光镜。该棱镜的前后半块分别为ZBaF₃玻璃和冰洲石晶体，由大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成。实验测试表明：该棱镜透射的2束平行光的消光比，o光可达10^－5；尽管受到光学玻璃的影响，e光的消光比仍优于10^－3；透射比均与纯冰洲石晶体材料的棱镜基本相当。理论分析表明：该棱镜自身结构带来的性能影响在一定情况下完全可以忽略，因此具有较好的应用前景。     

宽谱段共光轴线色散成像光谱仪三棱镜分光系统设计

针对棱镜型成像光谱仪结构复杂、具有严重的色散不均匀性,进行了共光轴线色散棱镜式宽谱段成像光谱仪研究。利用棱镜的色散公式建立了对称型三棱镜组合分光结构的数学模型,获得了满足直视结构的棱镜组合,并在此基础上分析影响棱镜组色散线性因素：棱镜材料的折射率和色散率对棱镜组线色散影响比较大,入射角度对其影响比较小,并提出改善色散线性的方法,获得了满足线色散要求的棱镜组合的折射率条件,从而为共光轴结构的线色散棱镜式成像光谱仪初始结构的选择提供了重要理论依据。在工作波段为400~1 000 nm、中心波长偏向角为0°、最大色散角为0.6°、光谱仪系统数值孔径NA为0.18、光谱分辨率为5 nm条件下,实现共光轴三棱镜分光系统的线色散设计,最后利用ZEMAX进行了模拟分析表明,理论计算结果与实际仿真结果基本相符。     

Geometrical optics analysis for reduction of trapezoidal image distortion in a single prism-based optical fingerprint scanner

A single prism-based optical fingerprint scanner structure is mathematically analyzed by using geometrical optics approach. Important parameters including a tilting angle of the fingerprint accepting plane, a geometrical-optic distant difference, a trapezoidal image distortion, an object compression ratio, and an orientation of a two-dimensional image sensor are formulated for the first time in terms of all three angles of the prism and the prism material. In addition, based on our mathematical model, we propose to design all three angles of the prism in such a way that the plane accepting the fingertip observed from one side of the prism is normal to the optical axis of the system. In this way, the imaging plane is perpendicular to the optical axis, eliminating the trapezoidal image distortion and leading to ease of implementation. Experimental verification using three commercially available dispersion prisms made from three different glass materials and one prism based on our design concept shows that a prism with higher refractive index provides lower trapezoidal image distortion. The experimental data generally obeys our theoretical analysis.     

有机材料在各种波长的折射率计算

使用Vogel方法和介质的色散关系,计算有机化合物在各波长的折射率n(λ).用Vogel方法把化合物分子分解成碎片,加和得到化合物在某几个波长的折射率.假设化合物在所计算的波长范围内为正常色散关系,使用Voyel方法得到的两个折射率,通过Cauchy公式得到色散曲线,从而得到各波长的折射率n(λ).通过对有机化合物芪盐和高分子材料聚苯乙烯的各波长折射率进行计算,并与材料在某一特定波长的实际折射率对比,证明了计算结果比较准确.并对双折射液晶材料的折射率计算进行了探索.     

Fine tuning of the higher-order dispersion of a prismatic pulse compressor

The wavelength-dependent thermal refractive index gives an extra degree of freedom for adjustment of higher-order dispersion of a prismatic pulse compressor. The effect allows of fine tuning of both intracavity and extracavity dispersion of ultra-fast oscillators. The calculations have been carried out using a new and rather handy formalism, which describes the operation of a prism pulse compressor as a linear function of the ratio of the total glass path in the prisms and the prism apex distance. The validity of theoretical calculations is supported by experimental evidence. Received: 16 April 2002 / Published online: 15 November 2002 RID="*" ID="*"Corresponding author. Fax: +36-62/544658, E-mail: osvay@physx.u-szeged.hu     

测量棱镜色散规律的方法改进

对目前实验教科书中研究棱镜色散规律常用的方法具有数据多、用时长及技巧性强的不足,提出了一种比较简洁直观的测量棱镜折射率的方法,即直接测量光线的入射角和不同频率光的出射角,用折射定律即可算得各色光的折射率.通过与传统的实验方法相比较,结果表明在准确度上二者是一致的.最后用Matlab拟合出棱镜的色散曲线及公式.