光栅单色仪的调整和使用(中国科学技术大学大物实验)资料

1、31 80透镜系统光栅单色仪的调整和使用实验题目：光栅单色仪的调整和使用实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量鸨灯、LED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 <200如下图所示，光栅单色仪由三部分组成：1、光源和照明系统，2、分光系统，接收系统图1 单色仪的组成单色仪的光源有：火焰、电火花、激光、高低压气体灯（钠灯、汞灯等）、星体、 太阳等。如下图所视，当入射光与光栅面的法线 N的方向的夹角为小（见图）时，光栅的 闪耀角为口取一级衍射项时，对于入射角为 乞而衍射角为日时，光栅方程式为：d(sin + sin 8)二九因此当6日一定时，波长

2、九与d成正比。几何光学的方向为闪耀方向，则可以算 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"斗=可（气），所以有日=24-弧 光栅方程式改为：d(sin sin(2入-)=,单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm光栅的面积64 64mm2光栅的刻划密度为1200线/mm二、狭缝宽度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。 最佳狭 缝宽度为：an =0.86称。其中f为抛物镜的焦距，D是由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径，实验中 f=500mm D=64mm根据光学的理论知识可知，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率 和光谱分

3、辨本领。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：di mdD -= R =mNNd cos?- d d cos 71d式中N为光栅的总线数，在本实验中 N为64x1200=76800, m为所用的光的衍 射级次，本实验中m=l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。数据及数据处理：焦距f=500mm光栅的面积64 64mm光栅的宽度D=64mmt栅的亥闵密度为1200 线/mm,1、最佳狭缝宽

4、度_ _ fan =0.86 =0.86 X 500 X 579.06/64 nm=3.891 1i mnDfan =0.86 =0.86 X 500 X 576.96/64 nm=3.876 1i mnD2、理论分辨本领R九R= =mN=1X64X 1200=76800dm为干涉级次，这里m=1, N为光栅的总线条数。相关数据处理:1钠灯波长nm加滤波片前的光强加滤波片后的波长4001433041018560420236104430287152440354201450421255460488309470557363480622419490693474500766536510836566520

5、90457553097856654010135305501053484560112843157011933755801263318590130425260013291976101332141620115591630113352640106424650961-3660881-22670797-30680712-42690620-49700551-53测量滤波片的透过率0.80.60.40.20.0透过率与波长的关系图400450500550600650700-0.2波长/nm可见滤波片对波长为630nm左右的光透过率最大，大约为 0.67.图?LED波长nm光强400-69405-69410-6

6、9415-67420-62425-52430-3043516440964452754503984556324608414659554708624756634804604853194852034951165006050517510-9515-31520-43525-52530-57535-61540-64545-666550-67汞灯:试验次数123入1578.9250578.9000578.9000入2583.2583.2583.2归峰扫描:试验次数123入1577.3975577.3900577.4450b0.19500.19000.1725入2579.5200579.5300579.522

7、5a2.13752.152.15b0.19050.190010.1725A2-X12.12252.142.0775(K1+Q)/2578.46578.46578.49入0.18920.162010.1667R3057357134700.18750.18750.1900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Ro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,估计出垢和a2的值。再利 用归峰扫描F5测出精确的九i和屹的值。b儿=GA ac. '二二 一 1，=('2

8、 , ")/2实验分析：本实验为光学实验不易分析不确定度，产生误差的原因有：1 .计算机扫描时计算机与仪器的初始值对应不完全一致，导致峰值可能不够精 确。2 .由于实验时周围光线不稳定，使得光强测的值不完全是准确值。思考题：1、说明鸨灯和钠灯、汞灯光谱的区别和道理。不同的原子核结构不同，受激发后跃迁产生的光谱的波长也就不用一样可以作为判断原子的依据（特征谱线）2、为什麽狭缝具有最佳宽度？如何求出狭缝的最佳宽度？解: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。最佳狭缝宽度为：an =0.86 Df。其中f为抛物镜的焦距，D是由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径3、单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和计算？解:理论分辨本领RR-=mN=1X64X1200=76800d实际分辨本领：利用计算机上的和积分时间，然后他的值。再利用归九=