单色仪的标定及其应用
单色仪定标实验报告
棱镜单色仪的定标【实验目的】1、了解单色仪的结构，分光原理和使用方法；2、做出单色仪的定标曲线。
【实验仪器】反射式棱镜单色仪，高压汞灯、读数显微镜、会聚透镜仪器介绍：单色仪----能够从复合光源中分解出独立的、足够狭窄的、波长连续可调的单色光的仪器。
按波长来分，有红外单色仪、紫外单色仪、可见光单色仪；按分光元件来分，有光栅单色仪和棱镜单色仪；在棱镜单色仪中按物镜的形式来分，有透射式单色仪和反射式单色仪。
我们这个实验用的是：反射式玻璃棱镜单色仪，分光波段在可见光范围内。
反射式玻璃棱镜单色仪反射式玻璃棱镜单色仪的光学系统由三部分组成：1、入射准直系统-----狭缝和凹面镜1S 1M ，恰好处在1S 2M 的焦平面上。
其作用是将进入狭缝的光变为平行光。
1S 2、色散系统----平面镜M 和三棱镜P，二者作为一个整体安装在转台上。
平行入射的复合光经过平面镜M 反射到三棱镜P 上，分解成按波长排列向不同方向偏折的单色光。
随着棱镜的转动，只有满足最小偏向角条件的入射光，才能从出射狭缝射出。
棱镜转了，出射光的波长也就发生了变化。
3、出射聚光系统----出射狭缝和聚焦凹面镜2S 2M 。
恰好处在2S 2M 的焦平面上。
将棱镜P 分解出的不同方向的单色光中的一束（哪一束？）汇聚到狭缝上。
2S 单色仪的机械部分包括狭缝和读数鼓轮。
狭缝的调节要仔细，不要挤坏。
读数鼓轮与万向接头转动杆及把手相连。
转动把手，棱镜就转，输出光的波长就在变。
读数鼓轮的数值与棱镜的位置相对应，也就是与出射光的波长相对应。
【实验原理】三色仪不是直接用波长分度定标而是用鼓轮读数来表示，因在使用单色仪之前要定 标：利用已知波长的光谱线标定鼓轮的读数，做出鼓轮读数与波长之间的关系曲线。
这 个过程称之为单色仪的定标。
单色仪的定标要借助于已知波长的线光谱光源来进行。
本实验选用的光源为高压汞灯。
在可见光波段内，用读数显微镜可以观察到30多条谱线。
其相对强度和波长参考 P323和P324。
单色仪
单色仪的定标及应用单色仪是一种常用的分光仪器，利用色散元件把复色光分解为准单色光，能输出一系列独立的、光谱区间足够窄的单色光，可用于各种光谱分析和光谱特性的研究，如测量介质的光谱透射率曲线、光源的光谱能量分布、光电探测器的光谱响应等，应用相当广泛。
【实验目的】1．了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法；2．以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标；3．掌握用单色仪测定滤光片中心波长的方法。
4. 学会测量发光二极管的波长。
【实验仪器】小型光栅单色仪，汞灯，卤素灯，显微镜，滤光片，会聚透镜，透镜夹发光二极管【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，把复色光分解成它的单色组成。
根据采用色散元件的不同，可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类，其应用的光谱区很广，从紫外、可见、近红外一直到远红外。
对不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜或光栅。
平面光栅单色仪的工作原理是光源发出的光均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦面上。
光经过M1平行照射到光栅上，并经过光栅的衍射回到M1，经M1反射的光经过M2会聚到S2出射狭缝上。
由于光栅的衍射作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。
当光栅转动时，从出射狭缝里出来的光由短波到长波依次出现。
这种光学系统称为李特洛式光学系统，见图1所示。
图1光学系统图一般光源所辐射的光往往是由各种波长的光组成。
如果各种波长是连续变化的，那么这类光源称为连续光源。
由于光源的光谱分布与光的物质特性有关，因此测定光源的光谱分布是研究物质内部微观结构的重要工具之一。
单色仪的基本特性是其单色性和出射单色光的强度，实验中，一般总是希望出射的单色光的光谱宽度尽量窄（即单色性尽量好）和单色光的强度尽量高。
除了平面光栅的色散率的大小外，单色仪出射光的光谱宽度的宽窄主要由缝宽，衍射和像差等因素决定，其中像差在设计调整时已尽量减小。
在正常情况下，对单色仪来说，主要是解决缝宽和色差问题。
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
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。
大学物理实验---单色仪的定标和光谱测量
G
M2 M1
S2 PMT
S1：入射狭缝 G：闪耀光栅 S2：出射狭缝 M2：反光镜 M1：离轴抛物镜 PMT：光电倍增管
如下图所视，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(sinφ＋sinθ)= λ
������2 =
|497.812−497.78| 497.78 498.2
2、498.250 =0.006% =0.01%
|498.250−498.2|
2、
低压汞灯光谱测量
页 5
BY 王有识
实 验 报 告
Figure 5 低压汞灯 黄光 强
峰值数据：1、576.925 与标准值之间误差：������1 =
λf
D；
= a= W0 0.86 a = n
Hale Waihona Puke λfD 时最佳 （D 为光栅的宽度， f 为等效会聚透
镜的焦距） 3、
单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和 计算？
答：理论分辨本领 R 的 R = λ = mN 计算： dλ m=1， 为光栅的总线条数。 N
m 为干涉级次，
实际分辨本领的测量和计算，原理和操作如下：
页 11
BY 王有识
实 验 报 告
LED 灯能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。 LED 灯具有以下优点： 一、高光效 LED 光效达 50～200 流明/瓦，光谱窄，单色性好，
几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。 二、高节能 具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个 10～
12 瓦的 LED 光源发出的光能与一个 35～150 瓦的白炽灯发出的光能 相当。同样照明效果 LED 比传统光源节能 80%～90%。 三、 光色多 可以选择白色或彩色光， 红色、 黄色、 蓝色、 绿色、
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【实验目的】 1、了解棱镜单色仪的分光原理及使用方法。 2、以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见 光区进行定标。 3、用定标曲线，测量未知谱线的波长。 【实验仪器】 单色仪，读数显微镜，汞灯，钠灯。
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