【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波长测量装置，具体涉及一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪及测量方法。
技术介绍
1、激光波长测量对于科学研究、精密计量、工业应用、光纤通信、国防安全和医疗技术等领域至关重要。它确保了从基础物理研究到高端制造过程的准确性和可靠性。
2、目前测量激光波长的方法包括光栅法、干涉法、光纤光栅传感器、光谱分析法等。光栅法利用衍射光栅分析光波的衍射图样来确定波长。干涉法测量波长基于光波叠加产生干涉图样，通过分析图样确定波长。光纤光栅传感器则利用光纤光栅对特定波长的敏感性来测量。光谱分析法通过分散激光成光谱，测量特定波长光的强度。
3、传统大学物理实验利用光栅实现分光，通过分光计测量光谱线的位置，依据光栅公式计算波长。在实验教学过程中，发现存在以下几点不足：
4、1.分光计调整过程繁琐。在使用光栅测波长前，实验需要调节装置望远镜筒水平，分别调节载物台、光栅主轴分别与望远镜筒主轴垂直，还需要调节平行光管主轴与望远镜筒主轴平行等，整个实验过程需要调节的步骤非常多且耗时。
5、2.平行光管发出的光无法保证与光栅严格垂直。因为实验中往往都是通过操作肉眼观察得到平行光与光栅，通过测量不同衍射级次光线的角度，应用光栅方程，计算激光的波长。实际上，激光光束很难严格垂直入射光栅，即入射角不严格为零，导致测量得到的衍射级次光线的角度带入光栅公式后引起一定的误差。
6、3.实验中如果测量激光光源，使用望远镜直接观察可能会损伤人眼。
技术实现思路>
1、为此，本专利技术提供一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪及测量方法，以解决现有技术中存在的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，包括演示仪底座、半导体激光器、二维光栅、刻度盘、指针定位器和刻度尺，所述演示仪底座上的一侧转动设有半导体激光器，所述演示仪底座上的另一侧设有刻度尺，所述半导体激光器和所述刻度尺之间设有二维光栅，所述演示仪底座上旋转设有刻度盘，所述刻度盘上设有二维光栅，所述刻度盘的侧边设有所述指针定位器。
4、进一步的，所述演示仪底座和所述半导体激光器之间设有万向调节支架，所述演示仪底座上设有刻度盘底座，所述刻度盘底座上转动设有刻度盘支撑轴，所述刻度盘支撑轴上设有刻度盘和指针定位器，所述刻度盘、刻度盘支撑轴和刻度盘底座的中心对齐。
5、进一步的，所述刻度盘支撑轴上还设有光栅支架，所述二维光栅固定在所述光栅支架上，所述二维光栅、光栅支架和刻度盘的中心对齐。
6、进一步的，所述演示仪底座上还设有刻度尺支架，所述刻度尺调节固定在所述刻度尺支架上，且所述刻度尺与所述演示仪底座的右侧平行。
7、进一步的，所述演示仪底座的下表面的四角处设有强铁磁体。
8、进一步的，所述指针定位器呈“l”形，所述指针定位器的竖直杆设于所述刻度盘的表面边缘，所述指针定位器的水平杆套设于所述刻度盘支撑轴上，且所述指针定位器的水平杆绕所述刻度盘支撑轴转动。
9、进一步的，所述刻度盘底座上开设有限位孔，所述限位孔内螺接有限位螺丝，且所述限位螺丝抵在所述刻度盘支撑轴表面上。
10、根据本专利技术的第二方面，提供了一种测量方法，应用一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，包括第一测量方法，具体为：
11、步骤s1：打开半导体激光器，调节万向调节支架，使激光光束水平入射到二维光栅中央；
12、步骤s2：旋转刻度盘，使入射到二维光栅的反射光束打到半导体激光器的出射口；
13、步骤s3：旋转限位螺丝，使刻度盘固定；
14、步骤s4：保持刻度尺水平，并调节其高度，使从二维光栅出射的光线打到刻度尺上；
15、步骤s5：分别读出刻度尺上正p级、负p级光斑中心刻度值；
16、步骤s6：使用指针定位器，分别读出正p级、负p级光斑中心角度值；
17、步骤s7：松开限位螺丝，将刻度盘旋转180度，重复步骤s2-s6；
18、步骤s8：多次测量，得到多个激光波长值，计算波长平均值。
19、进一步的，还包括第二测量方法，具体为：
20、步骤s1：打开半导体激光器，调节万向调节支架，使激光光束水平入射到二维光栅中央；
21、步骤s2：保持刻度尺水平，并调节其高度，使从二维光栅出射的光线打到刻度尺上；
22、步骤s3：固定半导体激光器，旋转刻度盘，使出射光束相对零级出射光束产生最小偏向角；
23、步骤s4：旋转限位螺丝，使刻度盘固定；
24、步骤s5：分别读出刻度尺上零级、p级光斑中心刻度值；
25、步骤s6：使用指针定位器，分别读出零级、p级光斑中心角度值；
26、步骤s7：松开限位螺丝，将刻度盘旋转180度，重复步骤s2-s6；
27、步骤s8：多次测量，得到多个激光波长值，计算波长平均值。
28、本专利技术具有如下优点：
29、演示仪底座上的一侧转动设有半导体激光器，演示仪底座上的另一侧设有刻度尺，半导体激光器和刻度尺之间设有二维光栅，演示仪底座上旋转设有刻度盘，刻度盘上设有二维光栅，刻度盘的侧边设有指针定位器。演示仪底座和半导体激光器之间设有万向调节支架，演示仪底座上设有刻度盘底座，刻度盘底座上转动设有刻度盘支撑轴，刻度盘支撑轴上设有刻度盘和指针定位器，刻度盘、刻度盘支撑轴和刻度盘底座的中心对齐。
30、本专利技术提供的半导体激光器用于提供稳定且单色的光源，对于进行高精度波长测量至关重要；万向调节支架允许用户调整激光器的位置，确保准垂直入射，减少测量误差；二维光栅用于控制光束的方向和强度分布，实现精确光学操控；刻度盘用于准确标定光线的角位置；刻度盘支撑轴用于连接刻度盘和刻度盘底座，使刻度盘可以自由旋转；刻度盘底座用于固定刻度盘支撑轴和刻度盘，保证其稳定性和准确性；指针定位器用于帮助用户准确读取刻度盘上出射光线的出射角度值；刻度尺用于光栅分光后光线的精确定位和长度测量；演示仪底盘用于承载所有部件，保证整体结构的稳定性。
31、与现有技术相比，本装置不仅便携、易于操作，而且提供了高精度的测量结果，非常适合用于物理实验教学和科研中对光学波长的精确测量。本专利技术可用于任何可见光波段的激光光源波长的测量，具有精度高，误差小，操作简单，体积小，重量轻，可磁吸附于黑板上定性演示和定量测量的特点。特别适用与大学物理课堂演示，分组实验以及科研中对光学波长的精确测量，具有广泛的应用价值和市场前景。
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1.一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，包括演示仪底座(1)、半导体激光器(2)、二维光栅(3)、刻度盘(4)、指针定位器(5)和刻度尺(6)，所述演示仪底座(1)上的一侧转动设有半导体激光器(2)，所述演示仪底座(1)上的另一侧设有刻度尺(6)，所述半导体激光器(2)和所述刻度尺(6)之间设有二维光栅(3)，所述演示仪底座(1)上旋转设有刻度盘(4)，所述刻度盘(4)上设有二维光栅(3)，所述刻度盘(4)的侧边设有所述指针定位器(5)。
2.如权利要求1所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述演示仪底座(1)和所述半导体激光器(2)之间设有万向调节支架(7)，所述演示仪底座(1)上设有刻度盘底座(8)，所述刻度盘底座(8)上转动设有刻度盘支撑轴(9)，所述刻度盘支撑轴(9)上设有刻度盘(4)和指针定位器(5)，所述刻度盘(4)、刻度盘支撑轴(9)和刻度盘底座(8)的中心对齐。
3.如权利要求2所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述刻度盘支撑轴(9)上还设有光栅支架(10)，所述二维光栅(3)固定在所述
4.如权利要求1所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述演示仪底座(1)上还设有刻度尺支架(11)，所述刻度尺(6)调节固定在所述刻度尺支架(11)上，且所述刻度尺(6)与所述演示仪底座(1)的右侧平行。
5.如权利要求1所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述演示仪底座(1)的下表面的四角处设有强铁磁体(12)。
6.如权利要求2所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述指针定位器(5)呈“L”形，所述指针定位器(5)的竖直杆设于所述刻度盘(4)的表面边缘，所述指针定位器(5)的水平杆套设于所述刻度盘支撑轴(9)上，且所述指针定位器(5)的水平杆绕所述刻度盘支撑轴(9)转动。
7.如权利要求2所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述刻度盘底座(8)上开设有限位孔(13)，所述限位孔(13)内螺接有限位螺丝(14)，且所述限位螺丝(14)抵在所述刻度盘支撑轴(9)表面上。
8.一种测量方法，应用如权利要求7任一项所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，包括第一测量方法，具体为：
9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，还包括第二测量方法，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，包括演示仪底座(1)、半导体激光器(2)、二维光栅(3)、刻度盘(4)、指针定位器(5)和刻度尺(6)，所述演示仪底座(1)上的一侧转动设有半导体激光器(2)，所述演示仪底座(1)上的另一侧设有刻度尺(6)，所述半导体激光器(2)和所述刻度尺(6)之间设有二维光栅(3)，所述演示仪底座(1)上旋转设有刻度盘(4)，所述刻度盘(4)上设有二维光栅(3)，所述刻度盘(4)的侧边设有所述指针定位器(5)。
2.如权利要求1所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述演示仪底座(1)和所述半导体激光器(2)之间设有万向调节支架(7)，所述演示仪底座(1)上设有刻度盘底座(8)，所述刻度盘底座(8)上转动设有刻度盘支撑轴(9)，所述刻度盘支撑轴(9)上设有刻度盘(4)和指针定位器(5)，所述刻度盘(4)、刻度盘支撑轴(9)和刻度盘底座(8)的中心对齐。
3.如权利要求2所述的基于光栅法测定激光波长的演示实验仪，其特征在于，所述刻度盘支撑轴(9)上还设有光栅支架(10)，所述二维光栅(3)固定在所述光栅支架(10)上，所述二维光栅(3)、光栅支架(10)和刻度盘(4)的中心对齐。
4.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦哲，李林楠，余梓萌，孙年生，王涵，唐芯蕊，陈刘鑫，郭迪智，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：
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