基于哈特曼-夏克波前测量原理的焦距测量

本文从哈特曼-夏克波前测量原理出发,提出了基于波前测量的透镜焦距测量方法;得到了使用这一方法测量焦距的计算公式.使用633 nm和780 nm两种波长的半导体准直激光器作为光源,测量了三片双合透镜的焦距,结果表明,633 nm光源下测量得到的波长与透镜的设计焦距值相吻合,能够正确测量透镜焦距;而780 nm光源的测量结...     

基于哈特曼-夏克波前测量原理的焦距测量

本文从哈特曼-夏克波前测量原理出发,提出了基于波前测量的透镜焦距测量方法|得到了使用这一方法测量焦距的计算公式.使用633 nm和780 nm两种波长的半导体准直激光器作为光源,测量了三片双合透镜的焦距,结果表明,633 nm光源下测量得到的波长与透镜的设计焦距值相吻合,能够正确测量透镜焦距|而780 nm光源的测量结果显示出较大的相对测量偏差,但可用于评估透镜的剩余球差、色差以及制造公差.     

简谈空气中的声速与温度关系

讨论了驻波法测空气中声速的实验,分别用相位比较法和李萨如图法来确定超声波波长.在不同温度条件下测量了声速并与理论值进行比较,实验结果显示测量温度接近室温时实验值与理论值基本一致,测量温度与室温相差较大时实验值与理论值偏差较大.     

空气中声速自动测量系统

针对超声波测声速实验中存在的测量结果误差大的问题,基于虚拟仪器的设计原理,依托单片机设计了空气中声速测量电子装置,在该系统中温度/湿度传感器、气压传感器接收端进行信号采样,单片机依据声速和气压、温度、湿度、水的饱和蒸气压相关物理量间的关系进行数据运算后输出声速值,该装置所测得的声速值与理论声速值误差在1%以内.     

透镜倾斜对焦距测量误差的影响

在测量透镜焦距的实验中,透镜倾斜是导致焦距测量误差的因素之一.由于透镜的倾斜导致测得的物距和像距不是真实的物距和像距,然后代入成像公式计算出的焦距值,必然严重偏离透镜的实际焦距值.文中推导出了透镜的焦距测量误差与物距及透镜的倾斜角二者之间的函数关系式,从理论上分析了焦距测量误差随物距和倾斜角的变化规律.结果表明:大物距情形比小物距情形的焦距测量误差要小,并且得到了实验验证.     

基于手机Phyphox软件设计“共鸣管测声速”居家实验

为了让学生居家完成空气中声速的测量,基于手机Phyphox软件设计了"共鸣管测声速"实验。本实验根据共鸣管的原理,利用手机Phyphox软件测量一端封闭,一端开口的奶茶管发出共鸣音时的基频,理论上声速大小是基频与空气柱长度乘积的4倍,但实际上有效空气柱长度是实际空气柱长度加上"管口校正量"。通过公式变形,得出实际空气柱长度与基频的倒数成正比例的关系公式,采用线性拟合数据直接得出声速,从而巧妙避免了"管口校正量"的干扰,同时理论上也给出了一种得到"管口校正量"的方法,这是本实验的创新点。实验以内直径为12.0mm的奶茶管进行测量数据,通过线性拟合得到声速值,并进一步讨论了线性拟合得出的截距的物理意义和含义。     

超声波声速测量实验的拓展

对传统的声速测量实验内容进行了拓展,利用发射换能器和接收换能器构成的超声谐振腔形成的稳定驻波,演示了声辐射力与物体自身重力平衡时的声悬浮现象;在此基础上,利用泡沫小球的动态声悬浮过程对超声驻波的波长进行了测量,计算得到的声速结果与参考值的百分误差为2.1%。上述实验内容的拓展,让学生对超声波驻波场的产生、分布、力学效应有了更直观的认识和理解,也让学生在传统实验的基础上了解了声悬浮这一技术,不仅增加了学生的实验兴趣,而且扩大了学生的知识面与实验技能。     

小口径长焦透镜的焦距检测技术

基于朗奇-泰伯效应及莫尔条纹技术,利用发散光和不等周期光栅的焦距测量方法被用于小口径长焦透镜的焦距测量。将一块曲率半径存在加工误差的平凹长焦透镜作为待测透镜进行焦距测量。在未知透镜真实曲率半径的情况下,首先计算待测透镜曲率半径误差对焦距检测精度的影响,并确定透镜在整个检测系统中的位置,然后进行透镜焦距实际测量,分别计算多组测量焦距值。通过对比发现,在未知待测透镜曲率半径的情况下,检测焦距的重复性、稳定性均一致,所测焦距均为33200～33270mm,且重复性精度高于±0.055%,测量精度优于焦深的1/5。结果充分说明,所提方法对小口径长焦透镜的焦距检测是可靠、有效的。     

MATLAB App Designer在法布里-珀罗干涉实验中的应用

基于法布里-珀罗(F-P)多光束干涉原理,利用MATLAB设计了基于F-P干涉实验的可视化App仿真界面,不仅可复现F-P腔长、入射波长、透镜焦距等参数对F-P干涉图样的影响及实时动态展示,还可观察周围介质折射率、F-P腔折射率与干涉图样的关系,并能进行多波长分辨率和微小波长差测量实验的演示.这些直观形象的模拟结果展示,将有助于改善多光束干涉理论及实验教学效果.     

平凸透镜焦距的测量与研究

测量平凸透镜的焦距, 除了用成像法以外, 还可用焦距公式法, 即利用勾股定理、 光的折射等方法测量 平凸透镜曲率半径、 折射率, 然后由厚透镜的焦距测量公式计算得到透镜焦距. 通过将成像法与公式法得到的结果 进行分析和比较可知, 厚透镜焦距测量的起始点并非透镜中央或边缘, 需要加以计算求出主点; 用成像法进行测量 准确度较高; 此实验作为拓展课程实验内容, 可以举一反三, 有助于培养学生的综合设计实验和科学研究能力     

长焦距测量系统的像差误差校正方法研究

针对长焦距测量中被测透镜像差引入的焦距测量误差提出了一种校正方法。传统长焦距测量中使用高斯公式来计算被测透镜的焦距值,未考虑被测透镜像差引入的误差。在采用发散光作为测量光束的大口径光学元件焦距测量中,该误差成为了影响测量精度的重要因素。详细分析了基于发散光和泰伯效应的长焦距测量法,利用数值方法获得了误差修正值,并与Zemax的仿真结果进行了对比。利用Visual C++编程,实现了测量结果的自动校正功能。对名义焦距值为13500mm和31251mm透镜的测量数据分别进行校正后,其相对于名义焦距值的测量精度分别优于0.007%和0.022%。将校正后的测量精度与干涉仪法的测量精度进行了对比,结果充分说明了该方法是可靠和有效的。     

利用双光栅Lau效应测量透镜焦距

根据计量光栅的特点，可以利用双光栅效应测量透镜焦距．本文简述了利用双光栅Lau效应测量透镜焦距的实验原理、实验装置及测量方法，并计算了测量结果的不确定度．     

透镜到靶材的距离对脉冲激光诱导等离子体的影响机理研究

采用高功率抽运调Q激光器分别在真空和空气中烧蚀Ti-Al合金靶材激发等离子体,研究了在不同气体压强下透镜到靶材的距离对等离子体参数的影响机理对于焦距为111mm的聚焦透镜,当透镜到靶材距离小于透镜焦距时,随着距离逐渐接近焦距,真空和空气中电子温度、电子密度和谱线强度均逐渐增强.当透镜到靶材距离大于透镜焦距时,真空中,电子温度和电子密度仍然继续升高,而谱线强度却变化不大.空气中,等离子体参数却有不同的演化特性:等离子体的电子温度、电子密度和谱线强度在透镜到靶材距离为107 mm时达到最大值,当距离继续增大时,均呈现出迅速下降的趋势,当透镜到靶材距离大于112mm时,电子温度和电子密度又有明显上升,特征谱线强度却大幅下降.     

超声波流量计测量流体声速的实验方法

为获取液体介质的声速值,设计了一种测定流体声速的实验方法,该方法利用时差式超声波流量计和标准流量校验设备同时对封闭管道中的液体进行流速测量,分别得到流速的测量值和真实值,从而计算出超声波流量计的仪表系数,并以此导出了一定条件下液体介质的声速值随仪表系数的变化关系式.利用该方法测量给出了0.17 MPa下四氧化二氮(N₂O₄)在7.6-19.4 ℃、偏二甲肼((CH₃)₂NNH₂)在6.5-25.2 ℃范围内的流体声速值,并为其他液体介质的声速测量提供了借鉴. 关键词： 超声波流量计 声速 仪表系数 温度     

在电阻丝上测量薄透镜的焦距

本文提供了一种用电学原理在一根电阻丝上测量薄透镜焦距的实验方法。该方法利用均匀电阻丝的电阻与其长度成正比的关系,把长度量转换成电阻量进行测量,并通过标定,可以在一块数字电压表上直接显示待测薄透镜的焦距值。如果薄透镜的焦距已知,利用该方法也可以确定薄透镜所成清晰像的位置。实验结果的相对不确定度小于3%。     

采用曲率传感器测量热透镜焦距

 分析了用光栅型波前曲率传感器测量热透镜焦距的基本原理，针对高功率固体激光器的工作特点，结合实验现象推导了在热透镜效应较强时热透镜焦距变化的计算公式。对半导体二极管(LD)侧面泵浦的百W级Nd:YAG激光棒在泵浦电流为15~25 A时的热透镜焦距值进行了测量，讨论了可能存在的误差。实验现象和理论分析一致，测量的热透镜焦距值与理论值符合得较好。     

负折射率材料透镜的消色差

以工作在近红外波段0.848 μm～1.114μm,焦距100 mm,入瞳直径20 mm,具有负阿贝数的负折射率平凹透镜为例,介绍了两种对该类负折射率透镜的消色差设计方法,即利用正折射率材料透镜与负折射率材料透镜组合消色差和负折射率透镜中引入衍射光学元件实现折衍射混合透镜消色差方法.结果表明,正负折射率材料透镜组合消色差方法中正折射率材料透镜承担几乎全部光焦度,进而引入大量额外单色像差,但利用衍射光学元件可以在不引入额外像差的同时实现负折射率透镜的消色差.根据负折射率材料在介质与空气分界面的特殊折射特性,推导了以负折射率为基底的衍射光学元件的衍射效率公式,得到衍射微结构高度公式,求出不同波长处的衍射效率值.负折射率二元衍射光学元件在设计波长0.912 μm处衍射效率为40.53％,在波长0.848 μm处的衍射效率为35.06％,在波长1.114 μm处的衍射效率值为39.83％.     

利用简单透镜组实现近轴光学隐身

利用简单透镜组实现近轴光学隐身的原理和方法,以4枚凸透镜完成了近轴光学隐身实验,并用计算机模拟了实验的光路图.讨论了选择不同焦距透镜组的优劣及透镜口径对实验的影响.该实验装置简单,可与透镜几何参量的测量实验相结合作为基础物理实验开设为面上教学实验.     

多普勒效应测量声速实验的设计

介绍了设计性实验"多普勒效应测量声速."该实验要求学生理解多普勒效应测量声速的原理,利用气垫导轨实验和声速的测定实验仪器,设计出一套多普勒效应测量声速的实验装置,并利用该实验装置测量声速.     

固体激光棒热透镜焦距的测量

固体激光棒中的热透镜效应对激光器的性能有很大的影响.在固体激光器的热稳腔的设计中也需要知道激光棒的热透镜焦距的数值,因此测量激光棒的热透镜焦距是必要的和有意义的.我们采用类似于文献[1]中的方法,测量了三种常用的固体激光棒在泵浦期间和泵浦后,各个时刻的热透镜焦距的数值.在单脉冲泵浦期间,红宝石、Nd:YAG和钕玻璃三种激光棒的热透镜焦距均为负值. 测量热透镜焦距的原理如图1所示.设He-Ne探测激光束的束腰半径为ω0,束腰和光阑离热透镜的距离分别为d1和d2。ωn和ωm分别为存在热透镜(例如负透镜)和无热透镜时探测激光束到达光…