用单色仪测定介质的吸收曲线

1、系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：用单色仪测定介质的吸收曲线实验目的了解单色仪的构造原理并掌握其使用；加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法；初步了解光电池的工作原理及其应用。1.2 实验原理设有一束波长为、入射光强为 I0 的单色平行光垂射到一块厚度为 d 的介质平板上。如图所示。如果从界面 1 射回的反射光的光强为 IR，从界面 1 向介质内透射的光的光强为 I1，入射到界面 2 的光的光强为 I2，从界面 2 出射的透射光的光强为 IT，则定义介质板的光谱外透射率 T质的光谱透射率 Ti 分别为 ITT(

2、1)iIIT0 I2T(2)iI1这里的 IR，I1，I2 和IT 都是光在界面 1 和 2 上及介质中多次反射和透射的总效果。光谱透射率 Ti 与波长的关系曲线称为透射曲线。在介质Ti 与介质厚度 d 有如下关系：（如果无散射），光谱透射率 e dT(3)i式中，称为介质的线性吸收系数（吸收系数）。吸收系数不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数与波长的关系曲线叫吸收曲线。设光在单一界面上的反射率为R，则透射光的光强为：IT IT 1 IT 2 IT 3 IT 4 . I0 1 R e I 1 R2 d20 I0 1 R2R2 e3 dR4 e5d. I0 1 R e(1 R e R

3、 e)2 d2 2 d4 4 dI 1 R 2 e d0(4)1 R2 e2d式中，IT1 ,IT2,分别表示光从界面 2 第一次透射，第二次透射1 / 9的光的强度。So：dI0 IRI1 I221系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：1 R2 edIT T (5)1 R2 e2dI0通常，介质的光谱透射率Ti 和吸收系数是通过测量同一材料（同）加工而成的、表面性质相同（R 同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为d1和d 2，(d1d 2 )，光谱外透射率分别为T1和T2。由（5）式e d 2 (1 R 2

4、e2 d1 )e d1 (1 R 2e 2 d2 )T 2 T1R, 都很小，故近似为：T2 =e (d 2 d1 )(6)T1 ln T1 ln T2(7)d2 d1比较（6）式和（3）式可知 T21T(8)iT本实验中采用光电池和为电流放大器测量光强。计算公式： n2T(9)in1 ln n1 ln n2(10)d 2 d1式中，n1 和 n2 分别表示试样厚度为 d1 和 d2 时为电流放大器数字表的值。1.3 实验装置简介2 / 9系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：，单色仪为 WDM1 型光栅单色仪。它的光学系统由三部分组成：入射狭缝

5、 S1 和准直球面反射镜M1入射准直系统，以产生平行光束；反射光栅 G（1200 条/mm）为色散元件，以产生各种波长的单色光；聚焦球面反射镜M2、平面反射镜M3 及出射狭缝S2栅分出的单色光会聚在出射狭缝S2 上。出射聚光系统，将光实验任务及注意事项单色仪的调节和波长示值的校准利用 灯作光源校准单色仪波长示值校准时，将单色仪的波长读数装置转到示值在 577.0nm579.1nm 之间的某一位置。将 灯放在入射狭缝前，狭缝 S1、S2 的宽度暂时调至约 2mm。用眼睛迎着出射光方向观察 S2 上 的黄色谱线（577.0nm 和 579.1nm），用显微镜对准出射狭缝，入射狭缝使两条谱线分开且直

6、至谱线达到最细。出射狭缝，同时微动手轮，使其中一条谱线始终在出射狭缝中间，使狭缝与谱线同宽，读出此时单色仪的示值。转动手轮 K 读下一条谱线，侧完 灯谱线，检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器的系统误差，要求此项偏差小于 0.2nm调节狭缝宽度将单色仪的波长股轮转到示值在 577.0nm579.1nm 之间的某一位置。将出射缝 S2 的宽度暂时调至约 2mm。用眼睛迎着出射光方向观察 S2 上 的两条黄谱线（577.0nm 和 579.1nm），用显微镜对准出射狭缝。调节入射狭缝 S1 的宽度，直到两条黄谱线的像刚好被分开为止，此时入

7、射狭缝宽度约 0.8nm。再调节出射狭缝S2 的宽度，同时微调手轮 K，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时出缝与入缝同宽，约 0.8mm，显微镜的读数每大格 0.5mm。溴钨灯光路调节3 / 9系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：如图为单色仪聚光镜系统光路图，将光源聚焦成像在狭缝前。聚光灯的通光孔径 d=30mm，焦距f=60mm，单色仪球面镜的光阑宽度 D=50mm。成像规律遵守照明，两个相似三角形应有关系d/D=a/b。公式。为使球面镜的孔径 D 充分球面狭缝聚光镜光源xab=300mm1.4.2 测量钕玻璃在 610.0nm508.0nm 范

8、围内的吸收曲线用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线写入射造成光能损失。手轮K 调到 610.0nm，用眼睛直接通过出缝S2 观察透镜像，在计算出的位置左右移动透镜，使透镜像位于狭缝中间，锁定透镜。左右移动溴钨灯使透镜像全部变亮。放上样品架 B，记准无样品及薄、厚样品处于狭缝中间时的位置。装上探测器，打开微电流放大器，微动溴钨灯，使微电流放大器显示值最大。调节灯丝电流，使微电流放大器显示值在 170.0190.0 之间。数据测量：选定一片厚的钕玻璃片。然后定性观察钕玻璃对不同波长的吸收情况，确定吸收峰的大致波长范围。然后进行正式测量。每隔 1nm 测一次，在吸收峰

9、附近测量点应更密一些。测量范围 610.0nm508.0nm选择另一薄的钕玻璃片，在与厚玻璃片波长相对应的位置进玻璃的的吸收系数曲线。实验时应注意：量。根据两组数据，求出钕当波长读数装置出现 99999 时应停止转动调节手轮，否则会损坏仪器。两狭缝S1 和S2 的宽度最大不得超过 3mm，也不得完全闭合，否则会损坏狭缝机构。稳流电流一般 I=2.0A,经老师批准，可以调至 2.5A 以上。1.5 实验预习数据计算由成像关系，有x 1 a 14 / 9 f1系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：aD计算得 180m 90m数据整理单色仪的调节和波长

10、示值的校准故仪器系统偏差为0.2 nm。2测量钕玻璃在 610.0nm508.0nm 范围内的吸收曲线* 为波长，n1 为示值=160.00.8 mm 玻璃板光强，n2 为 3.8 mm 玻璃板光强。无玻璃时微电流放大器S1 读数为 0.86mm，S2 读数为 0.90mm；通电电流I=2.53A5 / 9n1n23n1n23508.051.150.60.0098329210.00327764560.08990.3-0. 0145-0.00483509.051.749.90.0354367790.01181226561.089.690.6-0.0111-0.0037510.052.349.30

11、.059072290.019690763562.090.290.8-0.00663-0.00221511.052.8490.0746908930.024896964563.090.890.800512.053.148.60.0885533970.029517799564.090.990.70.0022030.000734513.053.848.90.0954960710.031832024565.091.1900.0121480.004049514.054.349.30.0966001460.032200049566.091.288.10.0345820.011527515.055.250.3

12、0.0929578760.030985959567.090.884.20.0754640.025155标准值435.8nm546.1nm577.0nm579.1nm测量值435.6nm545.9nm576.8nm578.95nm435.6nm545.9nm576.8nm579.0nm平均值435.6nm545.9nm576.8nm578.975nm系别：同组工业工程系 班号： 工 52：实验日期： 2007-3-26 教师评定：6 / 9516.05651.30.0876609390.029220313568.089.6770.151550.050517517.056.952.90.07289

13、20020.024297334569.086.466.60.2602830.086761518.057.653.80.0682491010.0227497570.081.653.40.4240190.14134519.058.754.80.0687495330.022916511571.076.940.50.6412040.213735520.059.355.60.0644261050.021475368572.073.934.30.7675670.255856521.059.955.70.0726963580.024232119573.07433.60.7895390.26318522.06

14、0.2550.0903391670.030113056574.075.635.50.7559240.251975523.060.4540.1120050580.037335019575.07737.80.7114960.237165524.060.652.90.1358915540.045297185576.078.639.60.6855430.228514525.060.952.30.1522368040.050745601577.080.1410.6697040.223235526.061.352.40.1568732520.052291084578.081.643.80.6221950.

15、207398527.061.952.40.1666135880.055537863579.083.947.20.5752320.191744528.062.452.30.1765689040.058856301580.085.3500.5341510.17805529.062.951.90.1922273740.064075791581.085.549.30.5505920.183531530.063.452.40.190557270.06351909582.083.744.40.6340.211333531.064.153.30.1845080330.061502678583.080.938

16、.40.7451560.248385532.06554.10.1835530840.061184361584.077.533.10.8507450.283582533.065.955.10.1789887250.059662908585.076.230.30.9222140.307405534.066.8570.1586518130.052883938586.076.830.60.9202050.306735535.068.359.80.1329041060.044301369587.07933.40.8608920.286964536.069.5630.0981920260.03273067

17、5588.082.337.90.775420.258473537.070.665.90.0688917030.022963901589.085.5430.6873160.229105538.071.368.50.0400625820.013354194590.087.946.90.6281820.209394539.072.970.40.0348953760.011631792591.089.549.30.5963150.198772540.073.972.20.0232727820.007757594592.090.951.20.574020.19134541.074.6740.008075

18、4140.002691805593.092.654.60.5282550.176085542.075.875.60.0026420090.00088067594.094.959.30.4702140.156738543.076.676.9-0.0039088-0.00130293595.097.465.40.3983040.132768544.077.178.2-0.01416637-0.00472212596.0100.672.20.3317120.110571545.078.379.2-0.0114287-0.00380957597.0103.178.60.2713280.09044354

19、6.07980.4-0.01756632-0.00585544598.0104.983.10.2329630.077654547.079.981.2-0.01613939-0.0053798599.0106.586.90.2033870.067796548.080.882.3-0.01839414-0.00613138600.0108.190.60.1766030.058868549.081.283-0.02192536-0.00730845601.0109.694.20.1514170.050472系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：用Ori

20、gin画出曲线如下：0.350.300.250.200.150.100.050.00-0.05500520540560X Axis Title580600620吸收曲线 图用Origin 分峰，结果如下图：7 / 9Y Axis Title550.08283.9-0.02290637-0.00763546602.0110.998.20.1216230.040541551.082.984.5-0.01911647-0.00637216603.0112.2101.30.1021970.034066552.083.685.2-0.01895791-0.0063193604.0113.3104.20.

21、0837270.027909553.084.386-0.01996543-0.00665514605.0114.2106.40.0707460.023582554.08586.7-0.01980263-0.00660088606.0115108.10.0618750.020625555.085.687.2-0.01851905-0.00617302607.0115.9109.30.0586310.019544556.086.388-0.01950722-0.00650241608.0116.61100.0582690.019423557.086.888.8-0.02278003-0.00759

22、334609.0117.1110.90.0543990.018133558.087.689.2-0.01810004-0.00603335610.0118.3112.10.0538320.017944559.088.389.9-0.01795783-0.00598594系别：同组工业工程系 班号： 工 52：实验日期： 2007-3-26 教师评定：0 .3 5D ata : S he e t 1 _ EM: L o re n tzE q u a tio n : y = y 0 + (2 * A /P I )*(w / (4 * (x-xc ) 2 + w 2 ) W e igh t in g

23、 :0 .3 0yN o w e ig h tin g0 .2 5C h i 2 /D o F= 0 .0 0 0 77R 2= 0 .9 1 4 1 2y 0 x c 1w 1A 1x c 2w 2A 20 00 .2 05 86 . 3 17 3 71 3 . 6 1 25 16 .1 2 2 815 73 . 4 63 75 .5 6 5 151 .9 3 6 41 0 . 3 51 7 3 1 . 0 92 5 7 0 . 4 13 9 7 0 . 2 48 7 1 0 . 8 72 6 2 0 . 2 79 4 30 .1 50 .1 00 .0 50 .0 0- 0 .0 55 0

24、 05 2 05 4 05 6 0X A x is T itle5 8 06 0 06 2 00 . 3 50 . 3 00 . 2 50 . 2 00 . 1 50 . 1 00 . 0 550 . 0 05 5 1- 0 . 0 55 0 05 2 05 4 05 6 0X A x i s T i t l e5 8 06 0 06 2 0用Origin 拣峰后 如上图，四个峰值 如下：8 / 9Y Axis TitleY Axis Title峰波长 nm半宽度 nm系别： 工业工程系 班号： 工 52：同组：实验日期： 2007-3-26 教师评定：思考题为什么要进行光源系统与单色仪光学系统共轴的调节？答：共轴调节使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免了光线斜入射造成光能损失，