单色仪的调节与定标
单色仪定标及分类
单色仪定标及分类单色仪定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。
为了获得较多的点，必须有一组光源。
通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。
下面小编简单介绍下单色仪其它信息。
一、单色仪分类单色仪有多种，从不同的角度对它有不同的分类，如按物镜的形成可分为透射式单色仪和反射式单色仪，按色散元件可分为棱镜单色仪和光栅单色仪。
棱镜单色仪：棱镜的工作光谱区受到材料的限制(光的波长小于120nm，大于50μm时不能使用)，光栅单色仪的角色散率与波长无关，棱镜单色仪的角色散率与波长有关。
棱镜单色仪的尺寸越大分辨率越高，但制造越困难，同样分辨率的光栅重量轻，制造容易。
光栅单色仪：光栅单色仪存在光谱重叠，棱镜光谱仪没有。
光栅单色仪存在鬼线(由于刻划误差造成)，棱镜单色仪没有。
二、单色仪定标单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。
1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。
2、在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统(S1和M1)的光轴上。
在单色仪光源与入射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相对口径匹配。
这样，可获得最大亮度的出射谱线，同时又减少了单色仪内部的杂散光。
调节聚光透镜的位置，使出射狭缝呈现的谱线最明亮。
3、将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。
为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小，出射狭缝可适当大些。
根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
4、使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到各谱线中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓轮读数(L)与其所对应的波长(λ)。
(完整版)东北大学单色仪定标实验详细过程
首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。
其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。
问的问题大致是六个，分别是：1.单色仪的结构原理2.单色仪定标的原理3.单色仪定标的意义4.如何识别谱图5.单色仪鼓轮读数怎么读6.显微镜的使用方法前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。
进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。
幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。
注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！光谱、读数显微镜与单色仪透镜和汞灯以上就是我们实验时用到的仪器。
首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。
接着是调整单色仪鼓轮的位置注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。
而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。
我们通过拧动上图的杆来旋动鼓轮，鼓轮随着杆的转动而转动，不要把手伸到单色仪下方转鼓轮，拧动杆使得鼓轮的读数在18.000mm处，鼓轮的位置就调节好了。
然后是调整透镜的位置注意入射缝那有一个较亮的原点，那个原点就是入射光线，我们需要调节原点的亮度达到最大，前后移动透镜，观察原点的变化趋势，在原点达到最亮的时候停止，之后的实验中就不要动透镜了。
单色仪的定标和光谱测量
光栅单色仪的定标和光谱测量一、实验目的（1）：了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）：掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）：测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。
（4）：测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
二、实验原理（见预习报告）三、实验仪器光栅光谱仪(单色仪)是一个光谱分析研究的通用设备，其元件主要包括：光栅及反射镜，准光镜和物镜，入射出射狭缝旋钮，信号接收设备(光电倍增管/CCD)，计算机及软件系统，图7给出了典型光栅单色仪的结构图。
光栅光谱仪(单色仪)可以研究诸如氢氘光谱，钠光谱等元素光谱（使用元素灯作为光源），也可以作为更为复杂的光谱仪器的后端分析设备，比如激光喇曼/荧光光谱仪。
光栅由计算机软件控制步进电机驱动，可以获得较高的精度。
从图7可知，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。
当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
如果S2出射狭缝位置连接信号接收设备（光电倍增管/CCD ，），则可对出射光谱进行数据采集分析（部分内容请参考《大学物理实验》第二册中的“单色仪的使用和调整” ）。
本实验使用的仪器：WDS-8型组合式多功能光栅光谱仪，焦距f=500 mm.光栅条数：1200 L/mm 。
狭缝宽度在0-2 mm 连续可调，示值精度0.01 mm 。
光电倍增管的测量范围：200-800 nm ；CCD 的测量范围：300-900 nm 。
图7 光栅单色仪的结构和原理四、实验内容(1):光栅单色仪的定标单色仪的定标指的是借助于波长已知的线光谱光源来对单色仪测量的波长进行标定，校正在使用过程中产生的波长位置误差，来保证测量的波长位置的准确性。
单色仪的定标和光谱测量
方案 高速，USB2.0接口，即插即用接口，无需PCI卡，16-bit动态
域，2MHz读出速度，无需PCI卡 单层光输入窗口玻璃，最小的光损耗 特制CCD芯片及UV镀膜，具有高灵敏度及分辨率 双放大器结构和独立的增益设定。无可比拟的多功能性 触发及快门控制，先进(xiānjìn)的操作尽在您的掌握
m=1, N=64mm1200/mm=76800
精品资料
闪耀(shǎnyào)光栅的原理
n为刻槽面法线方向
为光线的入射角
N为光栅面法线方向
为光线的衍射角
N
b 光栅的闪耀角
n -b
角度的符号规定（顺 时针为正）
-
b
精品资料
入射角与闪耀波长(bōcháng)的关
系
n ,m , .
光强曲线(qūxiàn)
精品资料
单色仪狭缝(xiá fénɡ)宽度的讨论
1、设照明狭缝的光是完全非相干的（即每一点为独立的点光源）。 2、设狭缝为无限细，由衍射(yǎnshè)理论可知谱线的半宽度为： 3、当狭缝a逐渐变宽时的变化如下图所示：
f = 500 mm
w0
w
.
f
D
f
an D
a/an
精品资料
(jǔxíng)
单色仪的分光(fēn ɡuānɡ)系统—光 栅
矩 形
光 栅
凹 面 平 场 光 栅
精品资料
入射光垂直(chuízhí)矩形光栅时衍射光强的分布公式：
II0(si n)2(sN in siN n)2
单缝衍射因子(yīnzǐ) 干涉 因子(yīnzǐ)
单色仪的调节和使用
单色仪的调节和使用院系：07023 姓名：王曦泽学号：PB07210077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、钠灯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图1 光栅单色仪的分光系统光栅单色仪的分光系统如图1所示，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜M1的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。
当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图2）时，光栅的闪耀角为θb （光栅面和光栅刻槽面的夹角，因此也是刻槽面法线和光栅面法线N 和n 之间的夹角）。
取一级衍射项时，对于入射角为φ，而衍射角为θ时，光栅方程式为：d(sin φ＋sin θ)= λ因此当光栅位于某一个角度时（φ、θ一定），波长λ与d 成正比，角度的符号规定由法线方向向光线方向旋转顺时针为正，逆时针为负。
几何光学的方向为闪耀方向，所以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，)(b b θθθφ---=-，所以有，φθθ-=b 2，光栅方程式改为，λφθφ=-+))2sin((sin b d本次实验所用光栅，为每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm —1000nm, 刻划尺寸为64⨯64mm 2。
当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm 。
由于此时入射角φ＝0，求得 58.21=b θ，再代入光栅方程式可以求得当入射角改变时实现不同波长光的闪耀，如 30,10,5=φ时，λ＝587nm ，600.5nm ，606.3 nm 。
3 狭缝是单色仪的关键部件，它的宽度范围是0—3mm ，每格为0.005mm仪器不工作时狭缝开启宽度应放在最小的位置。
在调节狭缝宽度时切记不要用力过猛和过快，要仔细缓慢的调到所要求的值。
单色仪的定标
f
=
r
2(n −1)
（5―13―1）
式中， n 为透镜材料的折射率，它随着光波的波长不同而不同，波长 λ 越长，折
射率 n 就越小，焦距f就越大，反之亦然。所以由三棱镜分解出来各种不同波长的光波
通过凸透镜折射后所成的像不是在此透镜的单一焦平面上，而是在与主光轴有倾斜的
准焦平面上。
凹面反射镜的焦距为
f =r 2
缝S1对准凸透镜和汞灯所发出的光线。适
当调节透镜和汞灯的位置，使汞灯发出的
光成像在入射狭缝S1上。
3
S1
2
1
２．观测装置的调整
在出射狭缝S2前放一测微目镜或读数 显微镜，调节测微目镜，直至看清叉丝。 然后调节其物镜，看清出射狭缝S2和狭缝
S2
1 .汞灯 2 .短焦距凸透镜 4 3 .单色仪 4 .测微目镜
隐若现。这时，只有定下心来，耐心观察，才能看清楚。如汞灯的红谱线有三条，其
中一条波长为725.00纳米的暗谱线，看起来非常朦胧。（2）对于颜色的界定不明确， 特别是从一种颜色向另一种颜色过渡的过渡色很难分辨。如橙色与红色，初次接触难 于分清，只能边看边学，边认识。（3）观察光谱与个人眼睛的好坏有很大关系，好的 眼力，可多看出一些谱线，眼力差一些，就只能少Байду номын сангаас出一些谱线。
４．测量 为了准确测量，我们可以转动鼓轮，将汞灯光谱从红到紫来回多看几遍，并且将 鼓轮的读数范围确定下来。在基本辨认和熟悉全部23条谱线颜色特征以后，调节器观 测装置，把测微目镜的叉丝对准出射缝中央，向一个方向缓慢转动鼓轮，从红到紫， 读出每一条谱线所对应的鼓轮读数，重复读两次，并将数据填入下面的表5—13—1 中。 数据处理
２．单色仪（WDF型）的设计思路和实际光路图 为了使谱线像差小、成像清晰、集光本领强、体积小等技术指标更趋完善和使用 方便，人们在实际制造单色仪时，对某些具体结构作了重要改进。
单色仪的定标
单色仪定标曲线的标定是借助于已知线光谱源进行，为了获得较多的点，必须要有一组光源，通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、铁、锌做电极的弧光光源等。
3．将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝 的刀口调焦，使显微镜视场中观察到的谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝 尽可能小，出射缝 可适当大些，根据可见光区汞灯主要谱线波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
4．使显微镜的十字叉丝先对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到谱线中心依次对准叉丝时，分别记录鼓轮读数（ ）和与其对应的谱线波长（ ），重复测量三次，取其平均值。
弱
612．33
弱
红色
623．44
中
深红色
671．62
中
690．72
中
实验注意事项
狭缝是单色仪的精密元件，要特别小心使用，旋转测微螺旋调整缝宽时，动作要慢，切勿使狭缝的二刀口相碰，即不允许使测微螺旋读数为小于零。
思考题
1．如果发现单色仪定标曲线上相对于已知波长 的鼓轮读数 偏离了 ，能否将原定标曲线平移 后继续使用，为什么？
色散棱镜 与平面反射镜 的组合，称为瓦兹渥斯色散系统（Wadsworth）。如图5.7-2所示，棱镜 和平面反射镜 安装在同一转台上一齐转动，转动的轴就是棱镜顶角等分面与底边的交线（通过 ，垂直于图面）。一般地， 上的入射光和经棱镜折射后的单色平行光之ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的夹角 为定值，且有关系式
在瓦兹渥斯色散装置中，由于 的反射面与棱镜顶角等分线相垂直，即 ，所以 ，因此满足最小偏向角的光线通过这种色散装置之后仍平行于原来的入射线，相互之间仅发生一定的平移。这样转动转台，当 角增大时波长短的单色光可以射出；当 角减小时波长长的单色光可以射出。棱镜转动的位置有鼓轮刻度标志，因每一鼓轮刻度都和一定的单色光的波长相对应，因而只要有了单色仪的定标曲线——鼓轮刻度与光谱波长之间的对应曲线（又称色散曲线）就可以从鼓轮读数确定出射光的波长。
单色仪的调整和使用
光栅单色仪的调整和使用PB07210200 刘炜清 第86组04号实验原理：一.光栅单色仪的结构和原理如下图所示，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。
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。
如下图所示，当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图）时，光栅的闪耀角为θ。
取一级衍射项 时，对于入射角为φ，而衍射角为θ时，光栅方程式为：d(sin φ＋sin θ)= λ因此当φ、θ一定时，波长λ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)(b b θθθφ---=-，所以有φθθ-=b 2，光栅方程式改为：λφθφ=-+))2sin((sin b d 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：Dfa n λ=86.0。
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f ＝500mm ，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N 为光栅的总线数，在本实验中N 为64⨯1200=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。
实验内容及数据分析：1.测钨灯的光强分布曲线θλθcos Nd d = θλθθcos d m d d D == mN d R ==λλ（I为不加滤光片时的光强，I’为加滤光片时的光强）用软件分别对有无滤光片时的情况作图，得：图一：钨灯、无滤光片图二：钨灯、有滤光片2.测LED灯的光强分布曲线λ(nm) I（cd）λ(nm)I（cd）λ(nm) I（cd）λ(nm)I（cd）405 15 445 292 485 326 525 25 410 15 450 485 490 241 530 21 415 16 455 683 495 150 535 19 420 21 460 851 500 101 540 17 425 28 465 907 505 75 545 17（I为不加滤光片时的光强）用软件分别对有无滤光片时的情况作图，得：图三：LED 灯、无滤光片3.汞的波峰和分辨率的测量 由计算机软件控制测量，得：波峰 位置（nm ） 分辨律（nm ）2579.30240.1925由λλd R =得分辨本领为：=1R 2659.72， =2R 2669.72误差分析：实验所得分辨本领与理论值相差甚远，原因主要有如下几点： 1．实验室有其它微弱自然光干扰。
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一．实验题目：单色仪的调节与定标
二．实验目的：1.掌握棱镜单色仪的构造原理和使用方法
2．掌握调节光路准直的基本方法和技巧
3.以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光
区域进行定标
三．实验仪器：反射式棱镜单色仪，低压汞灯（带镇流器），读数照明反射镜，读数照明小电珠（带变压器），聚光透镜（带底座），读数显微镜（带支架），长曲线绘图设备
四．实验原理：单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，能输出一系列独立的、光谱区间足够狭窄的单色光，且所输出的单色光的波长可根据需要调节．
主要有三部分组成：由入射缝S1和凹面镜M1组成入射准直系统，以产生平行光束；由玻璃棱镜 P组成色散系统，在它的旁边还附一块平面反射镜M，由凹面镜M2和出射缝S2组成出射聚光系统，将棱镜分出的单色平行光汇聚在出射缝上。
随着棱镜台绕O轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也跟着改变，当最小偏向角由小变大时，从S2输出的单色光的波长将依次由长变短．
单色仪能输出不同波长的单色光，是依赖于棱镜台的转动才得以实现的．棱镜台的位置是由鼓轮刻度标志的，而鼓轮刻度的每一数值都是和一定波长的单色光输出相对应．因此，必须制作单色仪的鼓轮读数和对应光波波长的关系曲线——定标曲线（又称色散曲线），一旦鼓轮读数确定，便可从定标曲线上查知输出单色光的中心波长．单色仪定标曲线的定标是借助于波长已知线光谱光源来进行的．本实验用汞灯来做为已知线光谱的光源，在可见光区域（400 nm 760nm）进行定标．
五．实验步骤：1. 汞灯光源与入射狭缝S1之间放一会聚透镜L1．调节光源与透镜的位置、高低和左右，使光源成像在S1上．
2. 出射狭缝S2处直接用眼观察出射光，并转动鼓轮，可看到红、
黄、蓝、紫色光依次通过．调节光源的高低、左右，使出射光位于S2的中央．
3. 置显微镜于出射狭缝S2处，调节显微镜的高低、左右和前后位置，对出射狭缝S2聚焦，先清楚地看到出射狭缝S2，然后转动鼓轮再细调到出现细锐的光谱线，调显微镜中十字叉丝的竖丝位于S2缝中心．
4.在正式测定校准曲线前，应先定性地观察全过程，以便认准谱线，即转动鼓轮，从红光到紫光再从紫光到红光，观察汞灯所有的谱线，认准谱线，然后再定量测量．
5.测定校准曲线，以显微镜的竖丝为标准，缓慢转动鼓轮，使汞灯的各条谱线依次通过，记下鼓轮的读数R与其对应的波长λ．在坐标纸上作出单色仪的R－λ曲线．
检验方法：1.光路调整
∙用水平仪调整单色仪水平。
∙将光源直接照射到入射缝上，调整光源使得能从出射缝处观察到光源的像，轻微调节光源的位置使光源的像位于凹面镜中
央，此时光源在单色仪准直系统的光轴延长线上。
∙调整完毕后再放入会聚透镜，使光源准确成像在入射缝上。
这时，从出射缝看进去，凹面镜应该被均匀照亮（入射缝此时要开的小些），如左右不均匀，可适当调节会聚透镜的左右位置，直至单色仪中聚光镜被均匀照亮为止。
2.确定入射缝和出射缝的实际零点
∙入射缝零点的确定。
先将入射缝关闭（注意动作要缓慢，以免损坏光缝），并将鼓轮转至对眼睛最灵敏绿光所相应刻度处。
逐渐打开入射缝，眼睛在出射缝出观察，当眼睛发现单色仪内
有光的瞬间，立即停止放宽，记下入射缝上的刻度值，这样重
复5次取平均，这就是入射缝的实际零点。
出射缝零点的确定。
用会聚透镜将光源成像在入射缝上，在出射缝出放上读数显微镜，调节到能看清出射缝刀口和出射谱
线。
固定显微镜位置，将出射缝关到最小后，再逐渐打开出射
缝；当在显微镜中看到有光的瞬间，立即停止放宽出射缝，记
下出射缝刻度值。
也重复5次，取平均值，即得出射缝的实际
零点。
注意事项：1.单色仪上的入射狭缝S1比较精密，已调好，不可随便动
2不能用手摸狭缝S1，S2及镨钕玻璃片．
六．实验结果：数据记录与处理表格
绘图
七．实验思考：1.仪器中对主波长的光，既是恒偏向又是最小偏向，起主要作用的元件是什么？
2.已知单色仪的相对孔径（即准直凹面镜的直径与其焦距之比）为1：7，光源距入射镜缝为60cm，试选取聚光透镜和口径，若口径太大或太小有何不好？
3.估算在430nm到550nm附近的色散值（以读数代表的角色散）相差多少（根据定标曲线）？。