光栅单色仪的调整和使用(中国科学技术大学大物实验)

1、光栅单色仪的调整和使用 31 80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，通过测量钨灯、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，3、接受系统。分光系统光源接收系统透镜图1 单色仪的组成图2 光栅单色仪的分光系统S1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f（见图）时，光栅的闪耀角为q。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

2、：d(sinfsinq)= l因此当f、q一定时，波长l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，所以有，光栅方程式改为： 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：。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f500mm，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、角色散率和光谱分辨本领。根据光学的理论知识可以

3、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641200=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。数据及数据处理：焦距f=500mm.光栅的面积64´64mm2 光栅的宽度D=64mm，光栅的刻划密度为1200线/mm,1、最佳狭缝宽度=0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891m=0.86

4、15;500 ×576.96/64 nm=3.876m 2、理论分辨本领R =1×64×1200=76800 m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400143304101856042023610443028715244035420145042125546048830947055736348062241949069347450076653651083656652090457553097856654010135305501053484560112843157011933755801263318590

5、130425260013291976101332141620115591630113352640106424650961-3660881-22670797-30680712-42690620-49700551-53测量滤波片的透过率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400-69405-69410-69415-67420-62425-52430-3043516440964452754503984556324608414659554708624756634804604853194852034951165006050517510-9515-315

6、20-43525-52530-57535-61540-64545-666550-67汞灯：试验次数1231578.9250578.9000578.90002583.2583.2583.2归峰扫描：试验次数1231577.3975577.3900577.4450b0.19500.19000.17252579.5200579.5300579.5225b0.18750.18750.1900a2.13752.152.15b0.19050.19000.1725l2-l12.12252.142.0775(l1+l2 )/2578.46578.46578.490.18920.16200.1667R30573

7、5713470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。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。ab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、 说明钨灯和钠灯、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：。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R =1×64×1200=76800 m为干