大学基础物理实验报告-单色仪
大学基础物理实验报告-单色仪
【结果分析】
滤色片透过率曲线特征
滤色片
特征描述
指标
红
数据曲线整体较集中，605nm之前数据几乎为0，606nm处开始有数据，并达到峰值
截止波长：不清楚
长波透过率（峰值）：88.0%
青
数据较离散，630nm之前有数据，波动状态
中心波长：超数据范围半高宽：超数据范围
峰值透过率：73.5%
紫红
数据非常离散，540nm之前和600nm之后有数据，波动
调节好基线后先测量红色滤波片透过的光再测量青色滤波片透过的光最后测量蓝紫色滤波片透过的光别记录下来每次的试验数据做出相应图像如下图所示
姓名
学号
院系
时间
地点
段兰君
201211211060
信息科学与技术学院
2013.09.27
北京师范大学物理实验教学中心
普通物理实验室
王绮静
201211211059
信息科学与技术学院
截止波长：503.0nm 535.0nm
短波透过率（峰值）：66.8%
长波透过率（峰值）是红色滤色片在长波区间的最大透过率。
短波透过率（峰值）是蓝色滤色片在短波区间的最大透过率。
峰值透过率对绿色、黄色等颜色（透过率曲线有一个或几个峰）的滤色片而言的。
截止波长是透过率降到峰值一半时的波长。
三．发光二极管的光谱（选做）（附图：不同颜色发光二极管的光谱）
2013.09.27
北京师范大学物理实验教学中心
普通物理实验室
【实验题目】光栅光谱仪的使用
【实验记录】
一．波长校准
仪器参数扫描步长：1.0nm扫描范围：400nm~700nm
测量汞灯光谱线
单色仪及其应用实验（4篇）
单色仪及其应用实验(4篇)以下是网友分享的关于单色仪及其应用实验的资料4篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
篇一：单色仪及其应用实验实验七平面光栅单色仪应用平面光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可把紫外，可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。
可进行光谱分析、测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性、光源的能谱分析和光栅的集光效率等。
如配备电子束激发器，X射线激发器，光子激发器和高频等离子，辉光放电等稳定光源相配套，可进行光谱的化学分析。
与棱镜相比，光栅具有色散本领大，均匀性好，分辨率高等特点。
因而在光谱学，计量学，光通讯等方面有着广泛的应用。
本实验通过对溴钨灯发射光谱的测量，加深了解平面光栅单色仪和光谱技术的综合应用。
【实验目的】1．掌握平面光栅分光的物理原理。
2．研究夫琅和费衍射的光强分布，加深对衍射理论的了解。
3．观察平面光栅衍射现象，学会平面光栅单色仪的使用。
4．学习使用光电倍增元件来测量和描绘出射光谱的能量分布。
【实验原理】光的衍射现象是指光遇到障碍物时偏离直线传播方向的现象。
而光栅是指任何能起周期性地分割波阵面作用的衍射屏。
作为色散元件的衍射光栅最早是由夫琅和费用细金属丝制成的，夫琅和费用它测出了太阳光谱中的暗线波长。
后来他又用金刚石刻划贴金箔的玻璃板，得到了性能更好的光栅。
常用的衍射光栅分透射式与反射式两种。
透射式光栅是用金刚石刀在平面透明玻璃板上刻划平行，等间距又等宽的直痕而制成的。
反射式光栅是在坚硬的合金板或高反射率平面镜上刻划而成的。
本实验用反射式平面光栅。
理想的反射式平面光栅，可视作是相互平行，等宽，等间距，均匀排列的许多狭缝。
如设光栅的缝宽为d，则d称为光栅常数，本实验中刻线密度为1200条/mm。
根据夫琅和费理论，一束平行光垂直地入射到平面反射光栅上，经各缝衍射后向各方向传播。
衍射角适合如下条件：dsinθ=kλ k=0，±1，±2，±3 …上式称作平行光垂直入射时的光栅方程。
单色仪的定标实验报告
单色仪的定标实验报告单色仪的定标实验报告引言：单色仪是一种常用的光学仪器，用于分离出光束中的不同波长的光线。
在实际应用中，单色仪的准确性和精度对于研究光学现象和进行光谱分析非常重要。
本实验旨在通过定标实验，确定单色仪的波长刻度，从而提高其测量的精度和可靠性。
实验装置和原理：本次实验使用的单色仪是基于光栅原理的，其主要组成部分包括光源、光栅、光电二极管和波长选择装置。
光源发出的光经过光栅的衍射作用，被分离成不同波长的光线，然后通过波长选择装置选择特定波长的光线，最后被光电二极管接收并转化为电信号。
实验步骤：1. 准备工作：将单色仪放置在稳定的平台上，确保其与其他光学仪器保持一定的距离，以避免干扰。
打开电源，对单色仪进行预热。
2. 调整光源：根据实验要求选择合适的光源，如汞灯或氢氖激光器。
调整光源的位置和亮度，使其发出稳定的光束。
3. 调整光栅：将光栅安装在单色仪上，并调整其倾斜角度，使得光束通过光栅时能够发生衍射。
同时，调整光栅的位置，使得衍射的光线能够尽可能平行地通过波长选择装置。
4. 定标实验：选择一个已知波长的光源，如氢氖激光器，将其光线通过单色仪，并调整波长选择装置，使得光电二极管接收到该波长的光线。
记录下此时波长选择装置的位置，并标记为该波长的波长刻度。
5. 重复步骤4，使用不同波长的光源进行实验，记录下不同波长对应的波长刻度。
6. 分析数据：根据实验结果，绘制出波长与波长刻度的关系曲线。
可以使用线性回归等方法，拟合出波长刻度的数学表达式。
实验结果与讨论：根据实验数据，我们得到了波长与波长刻度的关系曲线。
通过拟合曲线，我们可以得到单色仪的波长刻度的数学表达式。
在实际应用中，我们可以根据该表达式，通过读取波长刻度，确定光线的波长，从而进行精确的光谱分析。
然而，需要注意的是，单色仪在实际使用中可能存在一定的误差。
这些误差可能来自于光源的不稳定性、光栅的制造误差、波长选择装置的精度等因素。
因此，在进行实际测量时，我们需要对单色仪进行定期的校准和维护，以确保其测量结果的准确性和可靠性。
单色仪定标实验报告
单色仪定标实验报告实验目的，通过单色仪定标实验，掌握单色仪的使用方法，了解光的色散规律，掌握用单色仪测定光的波长的方法。
实验仪器，单色仪、汞灯、钠灯、氢灯、汞镁灯、透射光栅、测微目镜、波长计。
实验原理，单色仪是一种用来分离和测定光谱的仪器。
当白光通过单色仪时，不同波长的光被分散成不同的角度，形成光谱。
利用透射光栅，可以将光谱中的各个波长分离开来，然后用测微目镜和波长计来测定各个波长的位置，从而得到光的波长。
实验步骤：1. 调整单色仪，将单色仪放在实验台上，调整仪器使得入射光垂直射入单色仪的入射口，并使得出射光垂直射向透射光栅。
2. 测定汞灯谱线，打开汞灯，调整单色仪使得汞灯的光谱线通过透射光栅，用测微目镜和波长计测定各个谱线的波长。
3. 测定钠灯谱线，同样的方法，测定钠灯的光谱线的波长。
4. 测定氢灯谱线，同样的方法，测定氢灯的光谱线的波长。
5. 测定汞镁灯谱线，同样的方法，测定汞镁灯的光谱线的波长。
实验结果：汞灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 450 波长 579.1nm。
谱线2，位置 550 波长 576.9nm。
谱线4，位置 750 波长 491.6nm。
谱线5，位置 850 波长 435.8nm。
钠灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 460 波长 590.0nm。
谱线2，位置 560 波长 589.4nm。
谱线3，位置 660 波长 588.9nm。
谱线4，位置 760 波长 587.1nm。
谱线5，位置 860 波长 589.6nm。
氢灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 470 波长 656.3nm。
谱线2，位置 570 波长 486.1nm。
谱线3，位置 670 波长 434.0nm。
谱线4，位置 770 波长 410.1nm。
谱线5，位置 870 波长 397.0nm。
汞镁灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 480 波长 435.8nm。
谱线2，位置 580 波长 404.7nm。
谱线3，位置 680 波长 365.0nm。
单色仪的使用
数据处理：
汞灯原始数据记录表格：
钨灯数据如下：
分析讨论与结论：
目前的分光系统主要有三类， 分别是棱镜分光系统、此次实验中所用到的光栅分 光系统以及滤光片分光系统； 最常用的便是光栅分光系统。对于棱镜分光系统而 言，棱镜的分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，但棱镜分光具有 “非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光系统最大的不足。 对于滤光片分光系统，优点是采用这种分光系统的仪器体积小，可以作为专用的 便携仪器； 制造成本低， 适于大面积推广。 但该系统的缺点是单色光的谱带较宽， 波长分辨率差；对温湿度较为敏感；得不到连续光谱；不能对谱图进行预处理， 得到的信息量少。故以此系统为原理所制成的仪器只能作为较低档的专用仪器。 而对于光栅分光系统而言，它除具有分光作用外，也具有聚焦作用，因此分光系 统中不需要会聚透镜等光学部件，光能损失小,节省费用。在试验中，由于光学 系统的像差和调整误差，以及周围所存在的杂散光（环境灯光）的影响，给实验 的结果会带来误差，它会使实验的进光量增大，从而在测定分辨率时使得 b 值 偏小，进而使测得的数据偏小，可在公式中给予适当的修正。实验中扫描的速度 不宜太快，应当等到读数稳定之后再记录数据。 结论： 通过本次实验， 了解了单色仪的构造原理， 并学会了使用平面光栅单色仪； 利用单色仪测出汞灯光强与波长的关系并进一步计算得出所用单色仪的分辨能 力为 0.42nm； 利用单色仪测定了干涉滤光片的光谱透射率， 描绘出相关的曲线， 并求出滤光片的中心波长为 404nm， 峰值透射率为 83%， 通带半宽度为 103nm。
经单色仪后而出射的单色光由光电倍增管接收并转化成电流， 相应的光强值由测 光仪显示，且有公式： T λ = ������������ ������ ������ ������ (������) = ������0 (������) ������0 (������)
光栅单色仪实验报告
光栅单色仪实验报告实验人：宋易知指导老师：白在桥实验日期：2015.6.8【实验目的】(1) 了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。
(2) 利用单色仪测量干涉滤光片的光谱透射率曲线。
【实验仪器】WGD-5型光谱光栅仪，装有软件的电脑，溴钨灯，滤色片及汞灯等。
【实验原理】1. 平面光栅单色仪的结构原理光学系统主要由以下三部分组成：（1）入射准直部分由入射狭缝S1和抛物凹面镜M1组成，用以产生适用于光栅衍射的平行光束。
（2）色散系统平面光栅G构成色散系统，达到分光以后产生各种波长单色光的要求。
（3）出射聚焦系统由抛物凹面反射镜M1、平面反射镜M2和狭缝S2组成。
由光栅色散系统产生的单色光经由M1和M2反射作用后会聚至出射狭缝S2，产生窄光束的单色光。
2.单色仪主机电路仪器主机内主要是步进电动机信号发生器电路，用来控制步进电动机的转动。
3.光电倍增管及测光仪广电倍增管是把微弱的输入光转换成电子，并使电子数获得倍增的电真空器件。
当光信号强度发生变化时，阴极发射出的光电子数发生相应的变化，由于各倍增极因子基本保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化。
4.滤光片的透射率滤光片对不同波长的透射能力不一样。
当波长为λ，光强I0(λ)的单色光垂入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为IT(λ)，我们定义其光谱透射率为T(λ)=I T(λ) I0(λ)若以白光为光源，出舍得单色光所产生的光电流i0(λ)与入射光光强I0(λ)、单色仪的光谱透射率T0(λ)和光电器件的光谱响应率S(λ)成正比，即：i0(λ)=KI0(λ)T0(λ)S(λ)现将光谱投射仪为T(λ)的滤光片插入光路，放置在入射狭缝之前，在光电流变为：i T(λ)=KI0(λ)T(λ)S(λ)所以：T(λ)=i T(λ) i0(λ)【实验过程与数据处理】1.利用汞灯校准波长将范围选为350~600进行扫描，获得结果如图。
寻峰发现共有9个能量高于50的峰，峰值对应波长如下对照发现相差小于1nm，无须校准。
【精品】大学物理实验光栅单色仪实验
物理实验报告
实验成绩
实验者姓名
班号学号
实验时间2020 年 5 月31 日
天气地点室温同组名
气压指导老师
实验目的
1、熟悉光栅单色仪的基本结构和原理
2、通过单色仪定标和测量钠光灯、汞灯、氢氘灯光谱，熟悉光栅单色仪实验方法。
3.理解原子能级跃迁规律、能级差和跃迁几率，掌握计算光谱里德伯常数的方法。
实验原理
1、衍射光栅
(1)工作原理：单缝衍射和多缝干涉
(2)光栅方程：设有一束光以入射角q0射向一块衍射光栅，则只有满足下式的一些特殊角度q m下，才有光束衍射出来：
(3)强度分布：光栅方程只说明了各级衍射的衍射方向，按照多缝衍射的理论，在强度为
I0的入射光照射下，光栅衍射光的强度分布为：
2、光栅的色散和分辨本领
(1)光栅的角色散：从光栅方程可以得到光栅的角色散为：当衍射角较小时cosqm≈1，则式子可变为：
(2)光栅的分辨率：为进一步说明光栅的分辨率和各种因素的关系，利用
光栅方程，得
3、吸收曲线测量原理：当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分光被反射，另一部分光被介质吸收，剩下的光从介质板透射出来。
设有一束波长为 ，入射光强为I0的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，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：设光在单一界面上的反射率为R，则透射光的光强为所以设两块试样的厚度分别为d1和
d2，d1> d2，光谱外透射率分别为T1和T2。
则所以在合适的条件下，单色仪测量输出的数值与照射到它上的光的强度成正比。
所以读出测量的强度就
可由下式计算光谱透射率和吸收系数：
数据表格及处理结果：。
大学物理实验光栅单色仪
单色仪的分光系统—矩形光栅
1
入射光垂直矩形光栅时衍射光强的分布公式：
2
d为光栅的周期，为衍射角
3
单缝衍射因子干涉因子 a为光栅透光部分的宽度，N为光栅的总周期数
单色光的光栅光强分布的曲线
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.02mm 光栅的总条数:N=4
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.03mm 光栅的总条数:N=100
单色仪的接收系统—光电倍增管
光电倍增管的工作原理和使用注意事项
利用光电子发射效应和二次电子发射效应制成的光电器件。光电倍增管是电流放大元件，具有很高的电流增益，因而最适合于微弱信号的检测。 优点是灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪音低。 缺点是结构复杂、工作电压高、体积大。 使用光电倍增管应当了解它的特性，如它的频率特性、时间特性、暗电流和噪声特性，还有稳定性及对环境的要求等。 注意事项： （1）负高压350伏（光电倍增管加的电压为负高压），先开电源再开高压（关时一定要相反）。 （2） 一般在半小时后阳极电流达到稳定（暗电流）。 （3）输入光信号不可过强，光阴极面不可直接暴露在光照下（特别是在加了电压的情况下，否则将烧毁光电倍增管）。 （4）为了尽可能降低噪声在不使用光电倍增管的时候要挡住入射光。
测量绿、红、蓝、黄、品和青色滤光片的透过率曲线。
确定绿色滤光片的峰值、峰值波长及半高宽。
确定红、蓝、黄、品和青色滤光片的截止波长（通带第一个峰值的40%强度处所对应波长）。
根据蓝、黄、品和青色滤光片的光谱特性，选用两种颜色滤波片的组合分别设计512nm和536nm窄带滤波片（峰值尽量窄和高），并测量透过率曲线。
为光线的入射角
为光线的衍射角
b 光栅的闪耀角
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截止波长是透过率降到峰值一半时的波长。
三．发光二极管的光谱（选做）（附图：不同颜色发光二极管的光谱）
发光二极管光谱分析：
【复习题】
总结光栅光谱仪的使用方法与注意事项。
1、使用之前要先使用汞灯进行校准；
2、入射光的缝隙要窄一些使577nm和579nm处峰值分开；
3、实验时间过长仪器温度会改变，重新测量需要重新调节基线数据。
姓名
学号
院系
时间
地点
段兰君
201211211060
信息科学与技术学院
2013.09.27
北京师范大学物理实验教学中心
普通物理实验室
王绮静
201211211059
信息科学与技术学院
2013.09.27
北京师范大学物理实验教学中心
普通物理实验室
【实验题目】光栅光谱仪的使用
【实验记录】
一．波长校准
仪器参数扫描步长：1.0nm扫描范围：400nm~700nm
基线
红光
青光
紫红光
【结果分析】
滤色片透过率曲线特征
滤色片
特征描述
指标
红
数据曲线整体较集中，605nm之前数据几乎为0，606nm处开始有数据，并达到峰值
截止波长：不清楚
长波透过率（峰值）：88.0%
青
数据较离散，630nm之前有数据，波动状态
中心波长：超数据范围半高宽：超数据范围
峰值透过率：73.5%
紫红
数据非常离散，540nm之前和600nm之后有数据，波动
截止波长：503.0nm 535.0nm
短波透过率（峰值）：66.8%
长波透过率（峰值）是红色滤色片在长波区间的最大透过率。
短波透过率（峰值）是蓝色滤色片在短波区间的最大透过率。
峰值透过率对绿色、黄色等颜色（透过率曲线有一个或几个峰）的滤色片而言的。
测量汞灯光谱线
标准值（nm）
404.66
435.84
546.07
576.96
578.97
测量值（nm）
404.67
435.97
546.00
577.03
579.02
二．透过率曲线测量（附图1．基线2.三种滤色片的透过率曲线来自.两个滤色片重叠的透过率曲线）
各曲线透过率：
调节好基线后，先测量红色滤波片透过的光，再测量青色滤波片透过的光，最后测量蓝紫色滤波片透过的光，分别记录下来每次的试验数据，做出相应图像，如下图所示：