《用小型棱镜摄谱仪测量激光及主谱线波长》

1、囂翼驚摄谱仪测量激光评分：丸学肠理卖脸设计性卖验实验报告实验题目： 用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长班 级：电信06-1姓 名：林松学号：22指导教师：王德明茂名学Bt技术肠理糸大学肠理卖殓变实验日期：2007年11月29日实验26用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长实验提要实絵镌题及任务用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长实验课题任务是，用小型棱镜摄谱仪测量激 光的波长。在实验室现有的条件下，用小型棱镜摄谱仪 来测量激光光谱主谱线的波长，有两种方法。(1) 读谱法：参阅以开实验MP-2光谱的拍 摄与测量，的读谱方法。 摄谱法：参阅以开实验MP-2光谱的拍 摄与测量，的摄谱方法。学生根据自

2、己所学知识，设计出用小型棱 镜摄谱仪测量激光的主谱线波长的整体方案， 内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选 择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步 骤。）然后根据自己设计的方案，进行实验操作, 记录数据，做好数据处理，得出实验结果。按书 写科学论文的要求写出完整的实验报告。役计要求与圾示（1）釆用读谱法测量激光波长，方法和光 谱的拍摄与测量实验的读谱法基本上是相同 的，不同的是如何将已知光源和待测光源的光， 同时照射到摄谱仪的狭缝上（这是该实验的关 键），再通过读谱仪进行测量，测量方法和光 谱的拍摄与测量相同。 采用摄谱法测量激光波长，方法和光 谱的拍摄与测量实验的摄谱法基本相同，但

3、问 题的是如何将已知光谱和待测光谱的光强调配 好，因为激光的光强比汞灯和钠灯都强得多，拍 摄时的曝光时间要掌握准确，否则排出的底片洗 出冲洗后效果不好，甚至失败。这样就需要设计 好各次曝光时间、显影时间、定影时间，显影、 定影药液的选择与配置，测量谱线距离时要用读 数显微镜测量等。该实验有多种方法，可以根据上面的提 示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设 计。to选择实验仪器，小型棱镜摄谱仪、光源 （汞灯、钠灯、激光器）、读数显微镜、聚光镜、 光谱干板及冲洗设备。设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。实验结果用标准形式表达，即用不确定 度来表征测量结果的可信赖程度。卖绘所用公丸及畅玖受符

4、号提示参阅大学物理实验补充讲义，实验MP-2光谱的拍摄与测量一文。评分參考（10分）正确的写出实验原理和计算公式，2分; 设计出仪器可行设置，2分；做好实验前的准备，1分；写出实验内容及步骤，2分;；制作实验器材和实验室条件的合理应 用，1分；写出完整的实验报告，2分；（其中实验 数据处理，1分、实验结果，05分，整体结构, 05分） 学对分紀实验验收，4学时，在实验室内完成；教 师指导（开放实验室）和开题报告1学时； 提交整体役计方余肘间学生自选题后23周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版, 用电子邮件发到指导教师的电子邮箱里。(1)如何使用哈特曼光阑?(2) 狭缝调

5、节在什么范围内较合适?(3) 装底片应该在什么条件下安装?如何降低激光的光强?(5)测量光谱底片时要注意什么?用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长实验目的：1. 了解棱镜摄谱仪的构造原理。2. 掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。3. 学会用照相法测定某一光谱线的波长。实验仪器：小型棱镜摄谱仪、光源（汞灯、钠灯、激光器）、读数显微镜实验原理：1、光谱和物质结构的关系：每种物质的原子都有自己的能级结构，原子通常处于基态，当受到外部激 励后，可由基态迁到能量较高的激发态。由于激发态的不稳定，处于高能级的 原子很快就返回基态，此时发射岀一定能量的光子的波长（或频率）由对应两 能级之间的能量差AEi决

6、定。AEi = Ei - Eo , Ei和E。分别表示原子处于对应的激发态和基态的能量。 即AEi = hvi = he/ 入 i 或 入 i = he/ A Ei 式中，I = 1, 2, 3,，h为普朗克常数，c为光速。2、小型棱镜摄谱仪的基本光路：狭缝S1 和准直镜（平行光管）L1组成准直系统，将待测光先行会聚 到狭缝上，以增加光强；棱镜P作为色散元件，把投射到第一折射面的不同波 长的平行光，经折射后分成沿不同方向的平行光（因为物质的折射率因波长而 变）；照相物镜L2和焦平面F处的记录材料组成光谱的接收系统。由于物镜L2 将不同方向的平行光依次会聚在焦平面上。故形成光谱，为使整个光谱都清

7、晰, 焦平面F的方位必须细心调节。S鼓轮测微目镜3、棱镜摄谱仪的构造(1) 准直管准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质 发出的光射入狭缝，经透镜L1后就成为平行光。实际使用中，为了使光源S射 出光在S1上具有较大的照度，在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚 在狭缝上。(2) 棱镜部分主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用，将不同波长的平行光 分解成不同方向的平行光。(3) 读谱装置包括测微目镜，使目镜水平方向左右移动的手轮、丝杠、滑块.导轨和支架, 还包括读出目镜位置值用的标尺和100分度及手轮刻度，手轮转一圈平移1mm, 每分度0. 01mm,

8、要求估读到0. 1分度。测微目镜内的叉丝用以对准被测谱线中 心。4线性插入法求待测波长这是一种近似的测量波长的方法。一般情况下，棱镜是非线形色散元件， 但是在一个教小的波长范围内(约几个nm内)，可以认为色散是均匀的，即谱 线在底线上的位置和波长有线性关系，如波长为人的待测谱线位于已知波长人 和兄2谱线之间，如图所示，它们在底片上的位置可用读数显微镜测出，如用和 分别表示谱线人和人2的间距及入和人的间距，那么待测谱线波长为： 人=人+心儿x(a)d2 X 忆】IIIii I in i1 ii i hi min inii ii 如波长为儿的待测谱线位于已知波长人和九谱线之外，如图所示，它们在底片

9、 上的位置可用读数显微镜测出，如用和分别表示谱线和儿的间距及入和人的 间距，那么待测谱线波长为：（A-A2）xa-x 1 d-x（b）实验内容及步骤：1. 将汞灯光源和聚光镜L置于仪器准直系统的光轴上，使光源发出的光束聚 集到入射狭缝出，使光谱接收处能看到明亮的谱线；2. 将看谱管装置装好，将鼓轮调节到（中心波长435. 8nm） 43. 58 ±3. 调节入射狭缝宽度（0. lmm左右）使谱线最清晰，通过看谱线管观察汞灯 的435. 8nm（蓝）谱线,是否和看谱管视场内中心指针对齐。如果435. 8nm （蓝） 谱线与看谱线视场中心指针不对齐，就要调整。一般实验前已经调好不用 再调

10、节，如果误差太大。再进行调节；4.5. 调节赢光:汞灯光源，使光源发出的光束聚集到入射狭缝上；6. 用看谱管浏览激光光谱，找出已知谱线和待测谱线，在光谱中所在的位置；7. 将鼓轮调至43. 58刻度上，换上读谱装置准备测量；&调节测微目镜左右移动的手轮，找出已知谱线和待测谱线，在光谱中所处 的位置；9.用测微目镜位置主标尺和100分度手轮刻度副标尺，测量出已知谱线和待 测谱线之间的距离d、X,并记录。实验数据表格：待测未知谱线原始数据记录及表格测量 次数谱线对应位置（mm）厶A,(nm)d(mm)X(mm)(nm)123456平 均血=(nm)低压汞灯光谱和低压钠灯光谱标准波长表汞光谱

11、紫紫蓝蓝绿绿黄黄红404. 66407. 78435. 84491. 60546. 07576. 96579. 07623.44钠光谱蓝蓝蓝绿蓝绿黄绿黄黄橙471.5472.6517.5567.558& 99589. 59612.0实验报告实验仪器：小型棱镜摄谱仪、光源(汞灯、钠灯、激光器)、读数显微镜实验数据表格：待测未知谱线原始数据记录及表格测量 次数谱线对应位置(mm)(nm)d (mm)X(mm)AA九211& 02573419. 343-11.441.3180. 709218. 0351& 73619.325一 11. 441.2900. 701305218.

12、 74819. 348-11.441.2960. 696418. 0311& 74719. 328-11.441.2970.71650401& 74319. 348-11.441.3080. 70361& 03618. 73919. 344-11.441.3080. 703平 均= 636.93(nm)数据处理:d (d | + cl + d ? + d 4 + 6/5 +6)/6= (1.318 + 1.290+1.296 +1.297 +1.308 +1.308)/6 = 1.303mmX = (x + x2 + x3 + x4 4- x5 + x6 ) / 6=(

13、0.709 + 0.701 + 0.696 + 0.716 + 0.703 + 0.703) / 6 = 0.705mm 用外推法计算待测激光波长：.0 (入一入)x1“(623.44 612.00)X0.705 “乙心九=入+ J J = 623.44 + 二 636.93nmx * d-x1.303-0.705不确定度的计算:仪器误差：=±0.004 mminst0.004mmV3切-齐0.0152 +(-0.013)2 +(-0.007 )2 + (-0.006 )2 +0.0052+0.00526-1=0.0001058 +(±0004)20.000333432 m

14、m= 0.0001058 nmr工a - 了S；=b；=0 1= 0.0000484 mm20.0(M2 + (-O.(XM )2 + (-0.009 )2 + 0.0112 + (-0.002 )2 + (-0.002 )26-1U； =S； +u2 =0.0000484A>z 0.004 .0.0001612+(土mm2由心+牛迤cl - X= + (2, - 22 )d得:6久I _ (入-彳2)Xdd (d-x)2陆_ (入_几2)dT (d-x)2(鲁呵+(知小卜泮 w+l(右 _久2)2口2d) r(623.44-612.00切.3030.0001612(1.303 - 0.705)23(1.303 0.705)23 =0.387 « Q.39nm相对不确定度:U.() 39UrA =亠=-=O.OOO61 u 0.06% 心 A 636.93实验结果：待测激光的