光電效應實驗用超窄帶通濾光片的設計

２０１０年４月

長治學院學報

Ａｐｒ．，２０１０

第２７卷第２期

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｏ１．２７．Ｎｏ．２

光電效應實驗用超窄帶通濾光片的設計

郝聯捷

（長治衛生學校，山西長治０４６０００）

摘 要：為了消除光電效應實驗中因濾光片帶寬較大而導致的誤差，利用Ａｎｄｅｒｓｏｎ局域的概念，采用

隨機探索式優化法，設計出帶通位置在特征峰處的超窄帶濾光片。結果表明，該窄帶通濾光片能夠很好的

滿足光電效應實驗中對濾光片的需求。

關鍵詞：光電效應；非規整；膜系；超窄；帶通；濾光片

中圖分類號：０４８２．７ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：１６７３—２０１４（２０１０）０２－００２９－０３

１ 引言

機探索式膜系設計方法，設計了帶通較窄，通帶區

域投射系數較高的濾光片。

光電效應實驗揭示了光的量子性質，用光電效

應法測普朗克常量是各大學普遍開設的實驗內容。

但是，測量普朗克常量ｈ時，很難獲得較高精度。一

個比較重要的原因就在于目前通常使用的濾波片

并不能很好的將所需譜線以外的其他譜線濾除，導

致測量結果有所偏差。本文采用一種目前較為流行

瑚０●ｏｏ．Ｏ蛐０ ６ｃ０＿０

的膜層設計算法對光電效應實驗中使用的濾光片

＾＾ｍ

圖１ Ａ關系曲線

加以重新設計，并對其性能及特點加以討論。

３膜系設計理論及隨機探索算法的實現

２傳統光電效應濾波片性能分析

膜系設計理論的基礎是光學多層膜系統的光

現今，利用光電效應測普朗克常量實驗所依據

譜系數計算，關鍵是評價函數的選取和構造以及算

的理論基礎是愛因斯坦光電方程：

法的設計。一般采用特征矩陣法來計算多層膜系統

砌＝ １ ２ （２

的光譜系數。常規的超窄帶通濾光片設計多采用類

．

１）

似于Ｆ—Ｐ（Ｆａｂｒｙ—Ｐｅｒｏｔ）干涉儀的結構，即在兩個

其中，ｒｌｌ和Ｖｍ是光電子的質量和最大初速

／４膜系構造的高反射層間夾一間隔層的設計 。

度，Ａ為逸出功，ｈ為普朗克常量，ｖ為入射光的頻

這種設計可以給出帶寬非常窄的濾光片，但它對膜

率。從中可以看出，濾光片濾色效果的好壞很大程

系中厚度的漲落非常敏感。只要膜厚出現微小的漲

度上決定了結果的準確度 。

落，就會使濾光片的性能明顯退化，因而對膜厚的

圖１是光電效應實驗常用的濾光片，從左至右

控制精度要求很高。

分別為３６５ ｎｍ，４０５ ｎｍ，４３６ ｎｍ，５４６ ｎｍ，５７７ ｎｍ

為此，現將光子晶體中Ａｎｄｅｒｓｏｎ局域模的概念

濾光片的透過率曲線。可以看出，此類濾光片均存

引入到濾光片的設計中來，并運用隨機探索式優化

在著帶寬較大，透射系數較小的問題ｉ２］。本文借鑒隨

算法，提出采用非規整膜系替代常規的 ／４膜系以

收稿日期：２ｏｏ９一－１２—１６

作者簡介：郝聯捷（１９６５一），男，山西黎城人，講師，主要從事物理教學工作。

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