论文总字数：16220字

目 录

摘要： I

Abstract: II

第一章 研究背景 1

1.1 分光计简介 1

1.2 分光计的传统调节方式 1

1.3 分光计新的调节方式 4

第二章 分光计调节中常见的问题及解决方案 9

2.1 常见问题 9

2.2 解决方案 9

第三章 激光辅助装置 11

3.1 现有激光辅助装置的设计 11

3.2 新的激光辅助设计 12

3.2.1外置激光辅助装置 12

3.2.2 固定式激光 13

3.2.3 新的激光辅助装置改进 17

3.2.4小结 18

第四章 总结与展望 19

参考文献： 20

附录1：激光夹设计图纸 21

附录2：改进激光夹设想图 22

致谢 23

分光计激光辅助装置设计

李黎

, China

Abstract: The adjustment of spectrometer is the one of the operation difficulties in the college experiments. In this thesis, we mainly design a laser-assisted adjustment device for the spectrometers. The use of this laser-assisted adjustment device can significantly reduce the adjustment difficulties for the operators by making the light paths of the incident and reflected lights to be observed outside the spectrometers. The effectiveness of the laser-assisted adjustment device has also been tried for many times in the laboratory and improved again and again. The laser device designed in this paper has been repeatedly debugged and verified in the laboratory, and it is found that the use of the laser device to solve the rough problem can greatly shorten the adjustment time of beginners.

Key words: Spectrometer, Fast adjustment, Laser-assisted adjustment device.

第一章 研究背景

1.1 分光计简介

在光线的传播的过程中发生折射或反射时在入射光与反射光或者折射光之间就会形成一定的夹角。通过研究光线之间的夹角角度关系我们可以测量许多物理量如：折射率、色散率、以及光栅常数等等。光学实验需要精确的实验数据，因此能够精确测量光线角度的分光计就显得十分的重要。

分光计的实物图：

1.1.1分光计的实物图

1.2 分光计的传统调节方式

分光计应用于测量入射光与出射光的夹角，为了保证测量的精确性，分光计仪器必须满足以下两个条件：

（1） 入射光与出射光两者都必须是平行光；

（2） 出射光和入射光都平行于刻度盘表面。

所以，必须对分光计进行必要的调节，让它达到：

1. 望远镜能够接收从平行光管发射的平行光；

（2） 平行光管光轴不仅和望远镜光轴平行，而且都能与分光计的中央转轴互相垂直。

实际操作步骤如下：

1. 了解仪器

对照分光计结构图，参照实验室分光计仪器，掌握各部分名称及调节使用方式。

1. 目测粗调

首先用眼睛目测水平，然后将分光计放在利于调节的位置，将平行光管一端狭缝对准汞光源，然后用眼睛观察并调节望远镜和平行光管使它们大致位于同一水平线上；然后利用水准仪，通过调节载物平台下的三个可调节的俯仰调节螺丝使载物台平面也大致水平（即水准仪中气泡位于正中间），最后使望远镜光轴，平行光管光轴和载物台平面都大致垂直于分光计的中心转轴。

1. 用自准法调节望远镜聚焦于无穷远处（即能够接收平行光）
2. 打开望远镜的照明小灯，调节目镜边上的目镜调焦螺丝，调节目镜焦距直到在望远镜目镜中能够清晰看清如图所示的绿色十字及分划板为止

1.2.1目镜视场

3）为了便于调节三棱镜（或平面镜）的俯仰角，将三棱镜（平面镜）按下图所示方式摆放在载物台上，这样只需要调节光学面对应棱下的螺丝 G3即可（平面镜放置后，在调节过程中只要调整载物台下面的俯仰螺丝 G1或者 G3就可以了， G2的调节和载物台的俯仰就无关了。）。

1.2.2三棱镜摆放位置 1.2.3平面镜摆放位置

4）下面调节以较为简单的平面镜为例，让视线和望远镜等高，从望远镜的外侧查看就可看到平面镜内呈现有一个亮的十字，然后再选择望远镜到视线所在位置观察，慢慢地转动载物台，当反射面差不多正对着望远镜时轻微的转动载物台，在望远镜目镜中此时就可以看到一个左右晃动的绿色光斑（证明目测水平过程基本正确），这个时候松开望远镜目镜的锁紧螺丝，前后缓慢地调节望远镜目镜，直到光斑变成清晰的亮十字。

然后转动刻度盘，使载物台上的平面镜的另一个面也差不多正对着望远镜，轻微转动载物平台，直到可以观察到一个清楚的亮十字。像这样反复的调节望远镜目镜的焦距和阿贝目镜沿望远镜光轴方向的位置，来消除准线和亮十字的视差，如果存在视差，就需要反复地调节消除掉。如果没有视差的话，这就说明望远镜的焦距已经在无穷远，这时候可以锁紧目镜。

要是在“目测粗调水平”时中水平调节出现问题，那么在细调过程中就会出现找不到绿色十字的情况，有只有一面能找到绿色十字，也有两面都找不到绿色十字的情况，无论出现那种情况，都表明在“目测粗调”过程中调节水平不够好，那么都必须要重新进行目测粗调。

1. 望远镜调焦

如果你在目测粗调水平过程中能够较好的进行水平调节，那么从望远镜发出的光线在经过平面镜反射后一定会返回望远镜，就可以找到绿色十字，此时眼睛所处高度和望远镜光轴并一定在同一个水平线上，我们可以假设它们高度差为 H，首先可以调节望远镜目镜下面的俯仰螺丝，使其 H减小一半，再分别通过调节载物台台面下平面镜前后的两个俯仰螺丝 G1 G2的方式，消除另一半的高度差。此时，平镜面的一个光学面的反射光就和望远镜光轴大致处在同一水平线上，再缓慢地转动载物台使平面镜的一个光学面正对着望远镜，就可以在目镜视野中找到绿色十字的反射像，同样的我们也可以在另一光学面找到绿色十字的反射像。

1. 调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直

望远镜光轴的方向和平行光管光轴的方向分别代表了出射光与入射光的方向。因为要准确的测量需要的角度，就必须分别同时让望远镜的光轴和平行光管的光轴都与刻度盘表面保持平行，再因为刻度盘在制造的时候已经垂直于分光计的中心转轴了，所以，当望远镜和分光计的中心转轴垂直的时候，它们就都已经与刻度盘平行了。

具体调节方式如下：首先将平面镜平放放在载物台上，然后旋转载物台使得平面镜的两个光学面依次分别都正对望远镜物镜，在完成上述步骤（3）的自准法调节后，能够在望远镜目镜中分别看到两个绿色十字像。要是望远镜光轴和分光计的中心转轴是处于完全垂直的情况，同时平面镜的光学面也和中心转轴平行，那么在转动载物台的时候，在望远镜目镜中就能够看到由平面镜的两个光学面反射的绿色十字分别都和分划板准线的上面的十字叉丝重合，如图（ c）所示。当望远镜光轴不予载物台平面平行时，且平面镜光学面和中心转轴也不平行，那么在转动载物台寻找绿色十字的时候，从望远镜目镜视场中两个绿色十字像就都不会与分划板的上十字叉丝重合，大多会呈现一个在视场偏上而另一个在视场偏下的情况，它们分别与分划板的交点会在上下方向存在一定的距离，如图（ a）所示。这个时候先调节望远镜下方的螺丝调节望远镜的俯仰角使十字的位置移动到h/2处，如图（b）所示。然后再调节载物台下对应的俯仰螺丝调节平面镜的俯仰角，消除另一半高度差，使得望远镜视场内十字叉丝的上十字叉丝和绿色十字重合，如图（ c）所示。然后再旋转载物台，让望远镜对准另一个光学面，运用相同的调节方式调节另一个面绿色十字像的位置，如此反复，一直转到再望远镜中看到的两个光学面反射回来的绿色十字都可以和分划板上面的十字叉丝重合。这个时候分光计中心转轴就与望远镜光轴完全垂直了，称这种方法为“各半调节、逐次逼近”法。

1. 调节平行光管

当前面调节完成，当光源发出的光经过平行光管狭缝就会在已经调节好的望远镜物镜的焦平面上成像，在目镜中就可以清晰看到狭缝所成的像。调节方式如下：

1. 首先取下载物平台上的平面镜（三棱镜）保证光线无干扰，并关掉照明小灯，只有汞光源照明，再调节平行光管产生平行光，最后从望远镜中观察狭缝像，调节平行光管中狭缝与透镜距离使得望远镜目镜中的像完全清晰为止，然后通过调节狭缝宽度的方式，调节像宽为1mm左右。
2. 调节平行光管使平行光管的光轴与载物台平面平行。当在阿贝目镜里可以清楚地看到一条1 mm宽的白色缝像线之后，通过转动平行光管一头的狭缝的方式（不可以前后移动）使狭缝像处于水平状态，然后再调节平行光管下方的俯仰调节螺丝，使得目镜中的白色缝像线中间移动到分划板的下十字叉丝处，如下图（ a）所示。此时，平行光管已经完全垂直于分光计中心转轴。然后再旋转狭缝使白色亮缝像转到竖直的位置，也使竖直方向上的叉丝在白色缝像线的中间从而消除视差，如下图（b）所示。完成之后分光计的调节部分就完成了，需要注意的是除了分光计上刻度盘的制动螺丝和它微调螺丝以外，其他的螺丝都不可以转动，不然分光计就需要重新调节。

1.2.4分光管的调节

1.3 分光计新的调节方式

关于分光计调节许多文献都提出了改进的方法，大致分为两种：一种是对现有装置不做改动仅对调节的方法加以改动；另一种则是对分光计进行改造增加辅助装置辅助调节。

（1）对调节方法做出改进的又分为两个部分：

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