光学实验基础知识.doc

光学实验基础知识 　　光学是物理学中一门古老的经典学科，近几十年来又有了突飞猛进的发展。经典的光学理论和实验方法在促进科学技术进步方面发挥了重要作用；新的研究成果和新的实验技术不断促进光学学科自身的进展，也为其他许多科技领域的发展，如天文、化学、生物、医学等提供了重要的实验手段。光学实验技术在现代科技中发挥着越来越重要的作用。在基础物理实验中，学生通过研究一些最基本的光学现象，同时接触一些新的概念和实验技术，学习和掌握光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的光学实验技能。在光学实验中使用的仪器比较精密，光学仪器的调节也比较复杂，只有在了解了仪器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正常的工作状态。在光学实验中，理论联系实际的科学作风显得特别重要，如果没有很好地掌握光学理论，要做好光学实验几乎是不可能的。在光学实验过程中，仪器的调节和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论的指导。为了做好光学实验，要在实验前充分做好预习，实验时多动手、多思考，实验后认真总结，只有这样才能提高科学实验的素养、培养实验技能、养成理论联系实际的科学作风。 用光学仪器注意事项 　　具备良好实验素养的科技工作者，在光学实验中都会十分爱惜各种仪器。而学生在实验中加强爱护仪器的意识也是培养良好实验素养的重要方面。光学仪器一般都比较精密，光学元件都是用光学玻璃多项技术加工而成，其光学表面加工尤其精细，有的还镀有膜层，因此使用时要特别小心。如使用维护不当很容易造成光学元件破损和光学表面的污损。使用和维护光学仪器时应注意以下方面。 　　在使用仪器前必须认真阅读仪器使用说明书，详细了解仪器的结构、工作原理，调节光学仪器时要耐心细致，切忌盲目动手。 　　使用和搬动光学仪器时，应轻拿轻放，避免受震磕碰。光学元件使用完毕，放回光学元件盒内。 　　保护好光学元件的光学表面，不能用手触及光学表面，以免印上汗渍和指纹。对于光学表面上附着的灰尘可用脱脂棉球或专用软毛刷等清除。如发现汗渍、指纹污损可用实验室准备的擦镜纸擦拭干净，有镀膜的光学表面上的污迹常用脱脂棉球蘸少量乙醇和乙醚混合液转动擦拭多遍才行。对于镀膜光学表面的污迹和光学表面起雾等现象及时送实验室专门处理，学生不要自行处理。 　　光学仪器的机械部分应及时添加润滑剂，以保持各转动部件转动自如、防止生锈。仪器长期不使用时，应将仪器放入带有干燥剂的木箱内。　 　　使用激光光源时切不可直视激光束，以免灼伤眼睛。 实验的观测方法 　　用眼睛直接观察 　　在光学实验中常通过眼睛直接对光学实验现象进行观察。用眼睛直接进行观测具有简单灵敏，同时观察到的图像具有立体感和色彩等特点。这种用眼睛直接观察的方法，常称为主观观察方法。 　　人的眼睛可以说是一个相当完善的天然光学仪器，从结构上说它类似于一架照相机。人眼能感觉的亮度范围很宽，随着亮度的改变眼睛中瞳孔大小可以自动调节。人眼分辨物体细节的能力称为人眼的分辨力。在正常照度下，人眼黄斑区的最小分辨角约为。人眼的视觉对于不同波长的光的灵敏度是不同的，它对绿光的感觉灵敏度最高。人眼还是一个变焦距系统，它通过改变水晶体两曲面的曲率半径来改变焦距，约有％的变化范围。 　　用光电探测器进行客观测量 　　除了用人眼直接观察外，还常用光电探测器来进行客观测量，对超出可见光范围的光学现象或对光强测量需要较高精度要求时就必须采用光电探测器进行测量，以弥补人眼的局限性。 　　常用的光探测器有光电管、光敏电阻和光电池等。 　　光电管是利用光电效应原理制成的光电发射二极管。它有一个阴极和一个阳极，装在抽真空并充有惰性气体的玻璃管中。当满足一定条件的光照射到涂有适当光电发射材料的光阴极时，就会有电子从阴极发出，在二极间的电压作用下产生光电流。一般情况下光电流的大小与光通量成正比。 　　光敏电阻是用硫化镉、硒化镉等半导体材料制成的光导管。当有光照射到光导管时，并没有光电子发射，但半导体材料内电子的能量状态发生变化，导致电导率增加（即电阻变小）。照射的光通量越大，电阻就变得越小。这样就可利用光电管电阻的变化来测量光通量大小。 光电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的一种光探测器，由于光电池有不需要加电源、产生的光电流与入射光通量有很好的线性关系等优点，常在大学物理实验中使用。　　硅光电池结构如图所示。利用硅片制成结，在型层上贴一栅形电极，型层上镀背电极作为负极。电池表面有一层增透膜，以减少光的反射。由于多数载流子的扩散，在型与型层间形成阻挡层，有一由型层指向型层的电场阻止多数载流子的扩散，但是这个电场却能帮助少数载流子通过。当有光照射时，半导体内产生正负电子对，这样型层中的电子扩散到结附近被电场拉向型层，型层中的空穴扩散到结附近被阻挡层拉向区，因此正负电极间产生电流；如停止光照，