LED阵列光源应用于几何光学实验

曲 达，王云龙，朱 江

(南开大学，天津 300071)

目前国内各高校普通物理光学实验中，透镜焦距测量、自组显微镜望远镜等实验光源多采用钨灯光源，价格相对比较昂贵，且电源易坏，发热高，不节能。此类实验中，采用钨灯作为背景光源，照亮物屏，存在成像问题。［1-2］本文设计并制作了LED单色光源及白光LED光源，直接用LED排布阵列作为物体，使得物体本身发光，无需背景光源照亮，实现光源与物的结合，成像效果好。［3-5］并且，LED环保、节能，可兼容数字控制，成本低，散热小［6，7］。

1 LED阵列光源

“F”形单色LED阵列光源如图1(a)所示，采用“5V 1A”的手机充电器作为工作电源，即可直接接于220 V交流，提供稳定电流，保证光源的稳定性。高功率白光LED阵列光源如图1(b)所示，箭头形阵列排布，电源可直接接于220 V交流，亮度可控。

图1 阵列LED光源

2 实 验

利用二次成像法测量薄透镜焦距，见图2。普通钨灯和物屏结合，像差明显。单色和高亮度白光LED阵列光源，作为“发光物体”，实现了光源与物的结合，成像效果较好。且高功率白光LED阵列光源亮度强，可在明室进行实验。

图2 二次成像法的成像图

设物像间的距离为A，两次成像位置之间的距离为d，焦距为f

测量数据如表1所示。高亮度白光LED阵列光源比钨灯光源略好。绿光和红光LED阵列光源，由于透镜的色差，因此焦距有所偏差。

表1 二次成像法测量透镜焦距

3 结 论

单色、白光LED阵列光源，实现光源与物的结合，成像及实验测量效果良好。环保、节能，可兼容数字控制，成本低，散热小。但对于单色LED需要考虑透镜的色差，因此不同颜色LED光源，测得的透镜焦距会不同，还需对透镜的色差、像散等进一步研究。

［1］谢革英，李晨璞.透镜成像中球面像差和色像差的分析与校正［J］.实验室研究与探索，2012，31(11):37-38.

［2］吕斯骅，段家忯.新编基础物理实验［M］.北京:高等教育出版社，2006:415-423.

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［4］Erlend H.Graf.A Multipurpose LED Light Source for Optics Experiments［J］.THE PHYSICS TEACHER，2004，42:550-552.

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［6］王莹.利用LED的量子特性设计新型普朗克常数测定仪［J］.大学物理实验，2012，12(3):42-44.

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