光谱法测量透明介质的吸收曲线-闫老师

大学 近代物理试验 试验报告成 绩：班级材料物理10—1 姓名：顾振波 同组者：程鹏飞 教师：闫教师3-2光谱法测量透亮介质的吸取曲线【试验目的】1、了解光栅光谱仪的构造原理及其使用方法。2、加深对介质光谱特性的了解。3、把握测量介质的吸取曲线或透射曲线的原理和方法。【试验原理】吸取，剩下的光从介质平板透射出来。0λI0

的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的透亮介质平板上，如图R3-2-11反射的光强为I1R1I2处的入射光强为1T2I ，从界面2IT2

，则定义介质板的光谱外透射率T和介质的光谱透射率Ti分别为ITIT 〔3-2-1〕0IIT 2 〔3-2-2〕Ii1以上提到的I、I、I 和I是指光在界面1和21 2 R T

3-2-1上，以及在介质中屡次反射和透射的总效果。i 一般来说，介质对光的反射、透射和吸取不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。我们将光谱透射率Ti与波长λ的关系曲线称为透射曲线。依据朗伯-比耳定律，在均匀介质内部光谱透射率T 与介质厚度d 有如下关系 T ei 〔3-2-3〕式中α称为介质的线性吸取系数，一般也称为吸取系数。吸取系数不仅与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。吸取系数α与波长λ的关系曲线称为吸取曲线。设光垂直入射到厚度为dα射可以进展屡次。假设介质外表的反射系数为R，则透过样品的光强为I I IT T1

I I T3 T400I1R2edII1R2ed00 0

1R2R2edI0

1R2R4ed 〔3-2-〕式中I 、I 、I

1R2e2d2第一次透射、其次次透射、第三次透射…的光的光T1 T2 T3

I 1R2ed强。所以 TIT0

1R2e2d

〔3-2-5〕通常介质的光谱透射率Ti和吸取系数α是通过测试由同一材料加工成的〔α一样，外表性质一样R一样的厚度分别为dd，d＞d，光谱外透射分别为TT。由〔3-2-5〕式可得1 2 2 1 1 21T ed21R2ed1112T 1

1R2ed2T2 ed一般R和α都很小，故上式可近似为T 21

d1

〔3-2-6〕lnT

lnT即 1d d2 1T

2 〔3-2-7〕比较〔3-2-6〕式和〔3-2-3〕式，可得 Ti

2 〔3-2-8〕T1i输出值，就可由下式计算光谱透射率和吸取系数Ti

2 〔3-2-9〕i1lni 1d2

d1

2 〔3-2-10〕i1i2分别表示试样厚度为dld2时间电流的大小。【试验仪器】WG—8A〔附录3-2-3片〔1mm2mm〕【试验内容】1、光谱仪的调整和波长示值的修正调光谱仪的底脚螺钉，以保证光谱仪水平放置以汞灯作为光源，校对光谱仪波长示值的准确度，并做修正S1和S2〔l~2m500VWGD—8A〔光电倍增管局部，待预备状态完毕后，测量汞灯的能量谱。假设能量谱高度超出显示范围或太小，可适当转变狭缝S1S2宽度，以及光电倍增管工作电压，使能量谱显示适中。将计算机给出的汞的四条谱线的标称值与标准波长值〔432.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm〕比照，假设消灭偏差，则应将修正值输入计算机中。2、观看和测量镨钕玻璃的典型吸取峰〔300nm~660nm〕关闭汞灯，用溴钨灯换下汞灯，将溴钨灯直接安装在光谱仪入口狭缝S1〕度。待调整完毕，重扫描一次，观看各吸取峰，记录它们的波长和能量。3500~660nm之间的吸取曲线1 分别测量1mm和2mm厚的镨钕玻璃片在500~660nm之间透射能量谱〔λ和〔λ1 并依据〔3-2-9〕式和〔3-2-10〕式做出镨钕玻璃在500~660nm之间的吸取曲线α〔λ〕—λ。为了减小电源及光电倍增管不稳定的影响，可对每块玻璃的能量谱进展屡次测量。分布数据点时要合理。4、测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线A与介质厚度d的关系曲线，并用最小二乘法求取对应于该波长的介质吸取系数。I吸光度A定义为： 〔3-2-11〕kI为对应所选吸取峰处的入射光强；I为增加不同厚度镨钕玻璃片时获得的透射光强。0 k光强可用光电流的大小表示。【留意事项】1、光谱仪属于贵重仪器，必需依据说明书进展操作。23mm0.2mm左右。3〔如狭缝宽度、光电倍增管工作电压等〕不变。4、光栅对环境条件要求较高，应保持室内清洁和较低的湿度。5、试验开头前需要用标准光源进展波长修正。【数据处理】光谱仪的调整和波长示值的修正表一，光谱仪波长示值修正数据表标准波长/nm实测波长/nm

1435.8435.0

2546.1546.0

3577577.0

4579.1579.0从表一数据可得在误差允许的范围内数据有效，所以不需要修正，可以直接做试验2分别测量1mm和2mm厚的镨钕玻璃片透射能量谱1〔λ〕和i〔λα〔λ〕—λ曲线2表二1mm2mm镨钕玻璃随波长变化的能量值5005105205305405505605701mm582.2468.9497.2375.1621.2672.0672.077.22mm501.1296.9316.5187.5554.8636.9601.714.7580590580590600610620630640650660128.9125.0386.8506.0574.4574.0527.5495.2457.12mm2mm19.523.4231.5 406.3 543.1 515.8 507.9 476.7 433.7依据公式〔3-2-9〕和〔3-2-10〕对以上数据进展处理，记入下表/nmE1mmE2/nmE1mmE2mmln(E1mmE2mm)lnE lnE1mm2mm215005105205305405505601.1621.5791.5712.0011.1201.0551.1170.1500.4570.4520.6930.1130.0540.110/mm10.1500.4570.4520.6930.1130.0540.1105705805906006106206306406506605.2526.6105.3421.6711.2451.0581.1131.0391.0391.0541.6591.8891.6760.5130.2190.5600.1070.0380.0390.0531.6591.8891.6760.5130.2190.5600.1070.0380.0390.053依据以上数据，绘制500nm~660nm之间〕曲线，如下BB2.01.5()1.00.50.0

480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 /nm图一α(λ)与λ关系曲线图由图可知：α随着λ的变化而变化，波长取肯定值时吸取系数ɑ值取得最大的。从而也验证了朗伯-比耳定律。测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线如上题中选择λ=600nm0表三 吸光度与介质厚度关系数据〔I=691.6〕0d/mm12345i386.8231.5175.8148.5105.5I/i1.7880042.9874733.9340164.6572356.5554500 kA0.5811001.0944281.3696611.5384221.880297BBBBValue StandarIntercep 0.3800 0.1077Slope 0.3042 0.0324BLinearFitofSheet1BB1.02 4A3A与介质厚度d的关系曲线0.3042/mm2.303α=0.3042,所以：α=0.132吸取率比较大，当玻片到达2mm时，透过的光就很少了，到肯定程度就可以算是不透亮的发生了转变，也可能是样品外表存在污垢，影响了光的通过。【思考题】1、光谱仪波长示值的修正为什么要用汞灯？测量吸取曲线为什么要用溴钨灯？500-660nm之间时其能量的变化的较为缓慢。2、试争论狭缝的