光学多通道分析实验报告
多道光谱仪测光谱并光谱分析实验报告
近代物理实验实验报告实验课题：使用光学多道测量光谱与光谱分析班级：物理学061姓名：任军培学号：06180130指导老师：方允樟2008年11月21日一、摘要：本实验通过使用光学多道测量光谱了解和学会使用光学多道分析仪，并学会了通过光学多道分析仪分析氢、氮、氦、氖等光谱。
测量了氢光谱的巴尔末系中Hα、Hβ，Hγ，Hδ四种谱线的波长和里德伯常数。
二、关键词：光学多道分析器里德伯常数光谱三、引言：常用的光谱涉及的波段从X射线，紫外线，可见光，红外线，微波到射频波段。
所以光谱技术是研究物质微观结构的重要手段，它被广泛地应用于医学，生物，化学，地质考古，冶金等许多场所。
光谱实验的数据为了解原子、分子和晶体等精细结构提供了重要依据。
而光学多通道分析器是用平面光栅衍射的方法获得多级衍射光的仪器，用它可对给定波长范围的单色光进行光谱分析，与单缝，双缝衍射相比，平面光栅衍射具有衍射本领大，衍射光线亮，分辨率高等特点。
因而在特征谱线分析中有着广泛的应用。
本实验通过测量各种气体灯光的原子在可见光波段的发射光谱使大家了解光谱与微观结构（能级）间的联系和学习光谱测量的基本方法。
四、正文：1、实验原理衍射包括单缝衍射，双缝衍射和光栅衍射。
它们都可用来测量光波的波长，但由于单缝衍射，双缝衍射在各级衍射的分辨率与亮度存在矛盾，而光栅正好解决了两者间的矛盾，所以实验中大多采用平面光栅来做实验。
光栅一般分两类，一类是透射式(见图1)，另一类是反射式(见图2)。
透射式光栅是在一块平面透明的玻璃板上刻上平行，等间距又等宽的直痕，刻痕部分不透光，两刻痕间能透光，相当于狭缝。
相邻刻痕间的距离d称为光栅常数。
反射式光栅是在镀有金属层的表面上刻划斜的平行等间距刻痕，斜面能反射光。
本实验用反射式平面光栅。
图1平面透射光栅图2平面反射光栅利用现代电子技术和计算机技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道分析与检测系统的基本框图如图3所示。
物理实验报告_光学多道与氢氘光谱
光学多道与氢氘同位素光谱摘 要：本实验利用光学多道分析仪研究氢氘光谱。
首先使用已知波长的氦光谱进行定标测量了氢光谱，并在此基础上测量氢氘同位素光谱，修正获得了氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢氘的里德伯常量分别为H R =109717.82cm -1，=109747.00 cm -1。
得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图；通过计算得出了电子与质子质量之比为=1881.40,与理论值1836.15的相对误差为2.46%。
关键词：光学多道分析仪，氢、氘同位素光谱，CCD ，光电倍增管1. 引言光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列。
光谱学是研究各种物质的光谱特征，并根据这些特征研究物质结构、物质成分和物质与电磁辐射的相互作用，以及光谱产生和测量方法的科学。
光谱学在物理学各分支学科中都占有重要地位，而且在生物学、考古学等诸多方面有着广泛的应用。
在光谱学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。
1885年，巴耳末（J.J.Balmer ）发现了可见光区氢光谱线波长的规律。
1892年，尤雷（H.C.Urey ）等发现氢(H)的同位素氘(D)的光谱，氢氘原子对应的谱线波长存在“同位素位移”。
本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点， 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。
2. 实验原理2.1物理原理在原子体系中，原子的能量状态是量子化的。
用1E 和2E 表示不同能级的能量，ε表示跃迁发出光子的能量，h 表示波尔兹曼常量，ν表示光子的频率，对于原子从低能级到高能级的跃迁我们有：21h E E εν==-，其中21E E hν-= (1)由于原子能级的分立，频率ν也为分立值，在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”，这些频率由巴耳末公式确定：H 原子：2212111H HR n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭……………………………………………………（2） 其中1n 和2n 为轨道量子数，H R 为氢原子的里德伯常数。
实验九 用光学多道分析器测波长
实验九 用光学多道分析器测波长WGD —6型光学多道分析器集光、机、电为一体,具有先进的自动化和智能化特点，仪器采用CCD （电荷耦合器件）作为接收单元，可以实时采集和三维显示，是研究光谱的理想设备，本实验着重学习使用光学多道分析器测波长。
[实验目的]1．了解光学多道分析器的结构和工作原理，学会调节和使用。
2．学会使用光学多道分析器的实验软件。
3．掌握用光学多道分析器测波长的方法。
4．测定氢、氦等光源的相关波长。
5．观察光源的稳定性（强度变化情况）。
[实验仪器]WGD —6型光学多道分析器，WGD —6型电控箱（光栅光谱仪电源，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单），CCD 接收系统，GY —8型多组放电灯，计算机。
[实验原理] 1．光学原理WGD-6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD 接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C －T 型，如图所示。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm 连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束，经物镜M3成像在S2上。
S1M2M1M3S2GM4 S2M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm2．测量原理以已知波长的光源作为标准光源，利用WGD—6型光学多道分析器提供的硬件设备和软件系统，在某一中心波长区的同一界面上，至少选择两条已知波长的谱线作为定标依据，运用最小二乘法标出波长坐标的刻度值，以此作为测量其它谱线的标准具。
将已采集的同一中心波长的待测谱和标准谱同时显示在同一工作界面内，便可在已定标的标准谱的波长—强度（或通道—强度）坐标面内读取待测谱线的波长。
[实验内容及步骤]1．熟悉各仪器的结构及工作原理2．连接实验装置（1）将9芯联接电缆线的两头分别接在光栅光谱仪电源和光学多道分析器的9芯电机驱动接口上。
我的使用光学多道仪测光谱实验报告
使用光学多道仪测光谱实验报告【摘要】光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。
了解光栅光谱仪的组成及工作原理，掌握光栅光谱仪分析光谱的方法。
通过光学多道实验仪，我们可以测量出实验所需的光谱，分析氢，氮，氦，氖等光谱技术，并利用光学多道光谱仪对汞进行定标，从而测量钠光灯的光谱的波长。
【关键词】光学多道光谱波长定标道数特征谱线【引言】光谱学是光学的一个分支学科，主要研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用。
各种光由于产生条件的不同，它们的光谱都具有各自的特征。
光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。
常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
涉及的波段从x射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。
既然光谱在科学应用中有如此重要的作用，通过对光谱的研究人们可以得到：原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面的信息。
那么如何测量二极管的发射光谱，就是本次实验要探讨的问题。
对于这个本实验提出的问题，采用光谱测量技术，但是传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不适应科学技术的发展和应用的需要。
而20世纪60年代激光科学技术特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。
从而出现了光学多通道分析，它是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。
它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。
本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。
【正文】衍射包括单缝衍射，双缝衍射和光栅衍射。
光学多道测量光谱实验
【摘要】光多道探测器（OMA）是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。
光学多道利用现代的光电技术—CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。
相对于传统的测量在效率上大大提高，这对于需要大量测量数据的实验来说是非常必要的。
【关键词】光学/ 多道仪/ 光谱/ CCD【引言】光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。
常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
涉及的波段从x 射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。
本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。
光学多通道分析器是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。
它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。
本实验通过对汞灯定标和测量发光二极管的光谱从而达到了解光学多通道分析器的工作原理，理解光谱测量与分析的重要性，并掌握操作方法的目的。
传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不适应科学技术的发展和应用的需要。
20世纪60年代激光科学技术特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。
传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已逐渐被光学多道分析仪OMA（Optical Multi-channel Analyzer）所取代。
OMA是近十几年出现的采用光子探测器（CCD）和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集、处理、存储诸功能于一体。
由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理、测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量准确迅速、方便，且灵敏度高、响应时间快、光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机、绘图仪输出。
光学多道分析器(OMA)实验报告 - 副本
近代物理实验报告实验题目光学多道分析仪实验实验目的1、了解光学多道分析仪（OMA）的组成及工作原理。
2、学习使用OMA的方法。
3、了解计算机在光学数据采集、分析处理中的应用。
实验原理CCD的工作过程是：当CCD受到光照后，各个CCD单元内储存的电荷量与它的曝光量成正比，若给它施加特定时序的脉冲，其内部单元储存的信号电荷便能在CCD内作定向传输，实现自扫描，进而将由光照感生的电荷依次传送出去。
CCD主要有线阵和面阵两种类型：面阵CCD已被广泛应用到科研、生产、医学和日常生活中，如摄像机和数字照相机等等，光谱仪器则主要采用一维线阵CCD。
由于CCD的结构特点，利用它作为光谱分析仪的探测元件，可以同时采集一定波长范围内光谱中各个波长点的数据；若同时将其输出的电脉冲信号经数-模（A/D）变换后串行输入计算机，可由计算机对光谱信息进行采集，分析和处理，并在计算机的显示屏上近乎实时地显示出光谱的强度分布图，进而实现光谱的快速分析。
应用这类系统对较弱信号进行光谱分析时，也只需几分钟的曝光时间即可完成。
实验设备多色仪、CCD探测器及相关电路、数据采集卡和相关专用微机、汞灯、日光灯、氖灯、打印机实验内容1、测量CCD-OMA 的波长分辨率；2、波长标定（用汞灯的谱线546.1nm 578.0nm ）；3、测介质膜的透过率曲线；4、确定CCD 的波长响应范围。
实验步骤1、测量CCD-OMA 的波长分辨率：用汞灯（577nm 和578nm ）。
进行分辨率测试，分辨率定义为： 为两谱线对应CCD 道数的差值。
（打印出谱线图）步骤： （1）、在win98界面中，点击CCD 测量软件图标。
按F1（collect and disp.Spectrum ），再按F3（real time ）进入连续采集并实时显示。
（2）、打开汞灯，调节狭缝大小，汞灯到狭缝的距离，旋转棱镜，聚焦。
（3）、调出汞灯光谱后，找到（577nm 和578nm ）双峰位置，调节最佳效果。
光学多道实验报告
光学多道与氢、氘同位素光谱武晓忠201211141046（北京师范大学2012级非师范班）指导教师：何琛娟实验时间：2014.9.16摘要本实验通过光学多道分析仪来研究了H、D的光谱，观察并了解了H、D原子谱线的特征。
H和D的光谱非常相似，但是二者的巴尔末系的同一能级的光谱之间仍有波长差，用光电倍增管可以测量出这个差值。
通过实验我们也学习了光学多道分析仪的使用和基本光谱学技术关键词光学多道H、D光谱1、引言光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列，而原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。
由于氘原子和氢原子核外都只有一个电子，只是里德伯常量有一些差异，因此对应的谱线波长稍有差别。
我们可以在实验中通过测出对应的谱线λ和Δλ来得到二者的里德伯常量和电子与质子的质量比。
2、原理2.1 物理原理可知原子能量状态为一系列的分立值，有一系列的能级，并且当高能级的原子跃迁到低能级的时候会发射光子。
设光子能量为ε，频率为ν，高能级为E2，低能级为E1，则有：ε= hν=E2-E1 （1）从而有ν=E2−E1（2）h由于能量状态的分立，发射光子的频率自然也分立，这些光会在分光仪上表现为分立的光谱线，也就是“线状光谱”。
根据巴尔末公式，对氢原子有1λH =R H(1n12- 1n22) （3）R H为氢原子的里德伯常量。
当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系，在可见光区域。
对氘原子，同样有1λD =R D(1n12- 1n22)（4）R D是氘原子的里德伯常量，当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系。
则Δλ =λH-λD= (1R H - 1R D) (122- 1n2)，n=2,3,4, (5)若忽略质子和中子的细微差别，我们可以得到H、D的里德伯常量关系为：R H=R∞m pm p+m e , R D=R∞2m p2m p+m e（6）又知R∞=109737.31cm−1，它是原子核质量为无穷大时候的里德伯常量则1 R H =2（m p+m e2m p+m e）1R D（7）1 R H - 1R D=m e2m p+m e1R DΔλ=m e2m p+m e [1R D∗1/(122- 1n2)]=m e2m p+m eλD（8）由于m e≪m p，则ΔλλD ≈m e2m p（9）因此只要在实验中测出对应谱线λ和Δλ即可得电子和质子质量比。
用光学多通道分析器进行光谱定性分析(课题)
用光学多通道分析器进行光谱定性分析每种物质都有其独特的分子和原子结构、运动状态和相应的能级分布，物质运动状态变化时会形成该物质所特有的分子光谱或原子光谱，称特征光谱线。
通过光谱观测获取物质内、外信息，就是光谱分析。
根据光谱形成的机理，光谱分析可分为发射光谱分析、吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析等几大类；从分析目的来看，可分为光谱定性分析、光谱半定量分析和光谱定量分析。
本实验仅进行光谱定性分析。
预习要求调研单色仪的分光原理，了解闪耀光栅的结构和应用，设计方案利用氢光谱测量里德堡常数。
调研CCD的结构和工作原理。
实验仪器WGD—6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T型，如图1所示。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。
M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nmS2 CCD接收单元 S3观察窗M4 转镜转动M4可实现S2和S3之间的转换实验原理1．单色仪简介单色仪是用来从具有复杂光谱组成的光源中，或从连续光谱中分离出“单色光”的仪器。
所谓“单色光”是指相对于光源的光谱形成而言，其波长范围极狭窄、以致可以认为只是单一波长的光。
世界各国生产了种种不同类型的单色仪，为了结构设计和使用方便，极大多数单色仪都采用恒偏向系统，因而仪器的入射狭缝和出射狭缝都可安装在固定不变的位置，只要旋转色散棱镜、光栅或自准直反射镜即可实现波长调节，从出射狭缝射出不同波长的单色装束。
单色仪的基本性能指标（1）工作波长范围工作波长范围表明单色仪输出的、能满足工作要求的单色光束所能覆盖的波长范围。
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实验小论文基本要求
一、论文题目：
（光谱分析仪在……的应用；关于光谱……的研究；基于光谱分析的……应用等）二、引言：
（主要说明本次实验的一些现实意义及个人在学习之后的观感、收获等）
三、实验原理：
（必须结合自己的实验来进行描述，不可以照抄已知的实验原理，结合自己的实验，可选择的实验项目来进行。
）
四、实验内容：
（主要说明这个实验是如何做的，同学可以自己选择一个与本专业相关且可以应用上光谱分析仪的知识点到实验室来做，要求在其他同学正常上实验的时间。
）
五、实验现象：
（如有数据要做数据处理，没有数据的，说明实验的基本结论。
）
六、前景展望：
（主要体现在光谱仪在未来的实际应用上）七、参考文献：
（书籍：写明编者、出版社、出版日期；论文：写明论文所在期刊的刊名、发表的年、月、日，期数[注意要结合实验的现有条件来写]）
【以上是论文形成过程中必须有的基本步骤】
八、页数要求：
（正常稿纸情况下，至少五整页。
同时还要附上所打印的实验现象部分。
二者合在一起，至少六页）
九、实验报告上交要求：
（将所写的论文夹在实验报告（已写预习报告那份）中间，于一星期以后上交，否则该实验无成绩，且不允许参加期末实验笔试。
）
十、实验室要求：
（不允许在计算机使用任何外带的软盘及移动存储盘，一经发现，预以没收，并且禁止继续做实验，不允许参加期末考试。
）
物理实验室
2006年11月2日星期四
<PIXTEL_MMI_EBOOK_2005>3光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。
阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。
通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。
这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
将复色光分离成光谱的光学仪器。
光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。
按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。
按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光
光度计等。
单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。
图片
图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。
狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L 的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。
用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。
棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。
普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。
目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围。
表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。
基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪、
傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。
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光谱仪的原理
根据现代光谱仪器的工作原理,光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的,它采用圆孔进光.
根据色散组件的分光原理,光谱仪器可分为:棱镜光谱仪,衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA (Optical Multi-channel Analyzer)是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器,它集信息采集,处理, 存储诸功能于一体.由于OMA不再使用感光乳胶,避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理,测量工作,使传统的光谱技术发生了根本的改变,大大改善了工作条件,提高了工作效率;使用OMA分析光谱,测盆准确迅速,方便,且灵敏度高,响应时间快,光谱分辨率高,
测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机,绘图仪输出.目前,它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量,分析及研究工作中,特别适应于对微弱信号,瞬变信号的检测.
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光谱仪的构成
光谱仪是在特定波长范围来测量来源光线的设备。
先就结构说明再描述其原理。
他的构成包括五个部分
1. 入口狭缝：通常由一个长狭缝组成的入口。
2. 一个校准元件，用来将所有通过入口狭缝的光保持平行。
这个元件可能是一个透镜或是一个色散元件(dispersing element)的少数或整体部分，例如在凹面光栅光谱仪中便是使用这类装置。
3. 一个色散元件，用来改变通过系统的光强度。
通过系统的光路径由其波长决定，如光栅、稜镜。
4. 一个聚焦元件，可将the entry field-stop成像於适当的焦平面(focal plane)上。
5. 一个出口狭缝。
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广泛应用
Labspark750火花直读光谱仪广泛应用于冶金、铸造、机械、金属加工、汽车制造、有色、航空航天、兵器、化工等领域的生产过程控制，中心实验室成品检验等，可用于Fe、Al、Cu、Ni、Co、Mg、Ti、Zn、Pb等多种金属及其合金样品分析。
可对片状、块状以及棒状的固体样品中的非金属元素（C、P、S、B等）以及金属元素进行准确定量分析。