单色仪的调节和使用

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1、单色仪的调节和使用院系：07023姓名：王曦泽学号：PB07210077实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。实验原理：一、 光栅单色仪的结构和原理PMTM2GM1S1：入射狭缝 S2：出射狭缝 M1：离轴抛物镜G：闪耀光栅 M2：反光镜 PMT：光电倍增管 S2图1 光栅单色仪的分光系统S1 光栅单色仪的分光系统如图1所示，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜M1的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色

2、光。当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。图2 闪耀光栅的工作原理-qbN入射光fqbd衍射光-qn当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为f（见图2）时，光栅的闪耀角为qb（光栅面和光栅刻槽面的夹角，因此也是刻槽面法线和光栅面法线N和n之间的夹角）。取一级衍射项时，对于入射角为f，而衍射角为q时，光栅方程式为：d(sinfsinq)= l 因此当光栅位于某一个角度时（f、q一定），波长l与d成正比，角度的符号规定由法线方向向光线方向旋转顺时针为正，逆时针为负。几何光学的方向为闪耀方向，所以可以算出不同入射角时的闪耀波长，由于几何光学方向为入射角等于反射角的方向，即，所以有，光栅方

3、程式改为， 本次实验所用光栅，为每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm1000nm, 刻划尺寸为64´64mm2。当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm。由于此时入射角f0，求得，再代入光栅方程式可以求得当入射角改变时实现不同波长光的闪耀，如时，l587nm，600.5nm，606.3 nm。3 狭缝是单色仪的关键部件，它的宽度范围是03mm，每格为0.005mmW0a/an图3 狭缝宽度与光谱宽度的关系曲线a/an图5 狭缝宽度与光谱分辨率及光谱强度的关系曲线RI121仪器不工作时狭缝开启宽度应放在最小的位置。在调节狭缝宽度时切记不要用力过猛和过快，要仔细缓慢的调

4、到所要求的值。狭缝应该调到它的最佳宽度，为了说明这个问题先作一定的假设，设照明狭缝的光是完全非相干的（即每一点为独立的点光源），首先设狭缝为无限细，由衍射理论和实验可知谱线的半宽度约为：，这里l为光的波长，f为离轴抛物镜的焦距，D时由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径，当狭缝a逐渐变宽时谱线宽度的变化如图3 所示，图4 为狭缝宽度与光谱的分辨率R和光谱线的强度I的变化。由图4 可见缝宽过大时实际分辨率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小，取a=an最好。根据光学的理论知识可以知道，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。理论上它们分别为：式中为光栅的总线数，在本实验中为64

5、1200=76800，m为所用的光的衍射级次，本实验中m=1。实验中由于光学系统的象差和调整误差，杂散光和噪声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，所以实际的谱线半角宽度远远大于理论值，因此光谱仪的实际分辨本领远远小于76800。4.单色仪的接收系统在本实验中使用光电倍增管，（也可以使用线阵CCD）。图5 光电倍增管的结构实验内容：波长显示器计算机本机报警灯电源灯手动扫描总开关扫描速度扫描方向扫描启停反正启停PMT1. 熟悉仪器的使用，对照上图了解单色仪主机各开关及旋钮的作用和使用方法， 学会利用测光仪和计算机测量光谱的方法。测光仪正面钨灯高压开关高压光强高压调节放大调节数字显示器01

6、23WDPF-C型测光仪测光仪背面信号转换开关2. 检查单色仪的入射狭缝宽度是否合适。出射狭缝由实验室事先调好不需检查。ab3. 利用钨灯和主机上波长显示器和测光仪上的数字显示测量通过滤光片的透过率。4测量汞灯的576.96nm与579.96nm两条光谱线，并根据这两条分立光谱线计算出单色仪的实际分辨本领R。方法：利用计算机上的“单色仪”应用程序，先设定好当前位置和积分时间，然后利用分段扫描F3测出a和b，估计出l1和l2的值。再利用归峰扫描F5测出精确的l1和l2的值。数据处理：0.本实验中用到的一些已知量：单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm光栅的面积64´64mm2光栅的刻