《用小型棱镜摄谱仪测量激光及主谱线波长》

1、.评分： 大学物理实验设计性实验实 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 茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：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验课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。实验提示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。 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

2、生根据自己所学知识，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。设计要求与提示 采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，但问题的是如何将已知光

3、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。 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。实验所用公式及物理量符号提示参阅大学物理实验补充讲义，实验MP

4、-2光谱的拍摄与测量一文。评分参考(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，0.5分，整体结构，0.5分)学时分配实验验收， 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； 提交整体设计方案时间学生自选题后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。思考题 如何使用哈特曼光阑？ 狭缝调节在什么范围内较合适？ 装底片应该在什么条

5、件下安装？ 如何降低激光的光强？ 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：了解棱镜摄谱仪的构造原理。掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。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，此时发射出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Ei决定。Ei = Ei Eo , Ei 和 Eo 分别表示原子处于对应的激发态

6、和基态的能量。即 Ei = hvi = hc/i 或 i = hc/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，为使整个光谱都清晰，焦平面F的方位必须细心调节。鼓轮测微目镜 3、棱镜摄谱仪的构造（）准直管准直管由狭缝S1和透镜L

7、1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。（）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。（）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，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

8、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，如波长为的待测谱线位于已知波长和谱线之间，如下图，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和的间距及和的间距，那么待测谱线波长为： （a）如波长为的待测谱线位于已知波长和谱线之外，如下图，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和的间距及和的间距，那么待测谱线波长为： （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

9、（中心波长435.8nm）43.58上3. 调节入射狭缝宽度（0.1mm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节，如果误差太大。再进行调节； 4. 把激光器放置于低压汞灯后面，保证激光器、低压汞灯、平行光管在同一条直线上；5. 调节激光、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；8. 调节测微目镜左右移动的手轮，找

10、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）(nm) d(mm) x (mm)(nm) 1 2 3 4 5 6平均= (nm)低压汞灯光谱和低压钠灯光谱标准波长表汞光谱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471.5472.6517.5567.5588.99589.59612.0 实 验 报 告实验仪器：小型棱镜摄谱仪、

11、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) 118.02518.73419.343-11.441.3180.709 218.03518.73619.325-11.441.2900.701 318.05218.74819.348-11.441.2960.696 418.03118.74719.328-11.441.2970.716 518.04018.74319.348-11.441.3080.703 618.03618.73919.344-11.441.3080.703平均 (nm)数据处理：用外推法计算待测激光波长：不确定度的计算：仪器误差： 由 得： 相对不确定度：实验结果：待测激光的波长：， ，