各种单色仪的探究
大学物理实验---单色仪的定标和光谱测量.docx
实验题目：单色仪的定标和光谱测量实验目的：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。
如下图所视，当入射光与光栅面的法线N的方向的夹角为©（见图）时，光栅的闪耀角为a取一级衍射项时，对于入射角为©而衍射角为e时，光栅方程式为：d(sin H sin 0)=入式中N 为光栅的总线数，在本实验中 N 为64 *200=76800, m 为所用的光的衍射级次，本实验中m 二雹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。
实验数据及数据处理：（数据以文本文档中为准）■ ■ » 11、 光栅单色仪的定标 ----- 钠灯光谱与标准值之间误差：？？= --------------- =0.00%入Nd cos=d 9 = m d 入 d cos 9R= d x =mNFigure 1钠灯光谱主线系峰值数据： 1、589.0002、589.625实验报告589 .0BY 王有识页3实验报告?? =0.004%-|589 .625-589 .6|Figure 2钠灯光谱锐线系峰值数据： 1 、615.413 2 、616.050 与标准值之间误差：？？=--------------- =0.002%1615 413-615 .4|?? —6154---------- =0.008%1616.050-616 ,0|2 = 616.0Figure 3钠灯光谱漫线系1页4 BY王有识?? = ------------------ =0.006%1497.812-497 .78|?? 49778 =0.01%|498 .250-498 .2| 2=498.22、 低压汞灯光谱测量峰值数据：1、568.250 、568.825与标准值之间误差:??= =0.009%1568 .250-568 .3|与标准值之间误差:??568・3 ------ =0.006% |568 .7-568 .86|22=568 .86Figure 4钠灯光谱漫线系2峰值数据：1、497.812 2 、498.250实验报告Figure 5低压汞灯黄光强峰值数据：1、576.925 2 、579.050与标准值之间误差：??= =0.006%1576 .925-576 .96|?? 576・96------- =0.003%|579 .050-579 ,07|2二579.07Figure 6低压汞灯蓝绿光强峰值数据：1、491.637 与标准值之间误差：？？二 ------------- =0.008%|491 .637-491 .60|峰值数据： 1 、585.925ure 7低压汞灯2黄光589.000与标准值之间误差：??==0.0009%1585 .925-585 .92| ?? —585.92 =0.003%1589 .000 -589 .021本组实验由于测蓝绿光的弱光谱，而实验环境中并不是完全黑暗,难免会有光对实验产生干扰， 所以实验所得的图像很不理想， 但是还 是可以分辨出波峰。
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(北京科技大学物理实验报告)
北京科技大学实验报告单色仪实验目的：(1)了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。
(2)测量平面光栅单色仪的分辨本领。
(3)利用单色仪测量干涉滤光片的光谱透射率曲线。
实验仪器：平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光灯、测试仪、光电倍增管、干涉滤光片等。
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.滤光片滤光片对不同波长的投射能力不一样。
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I T(λ)，我们定义其光谱透射率为若以白光为光源，出舍得单色光所产生的光电流与入射光光强、单色仪的光谱透射率和光电器件的光谱响应率成正比，即：现将光谱投射仪为的滤光片插入光路，放置在入射狭缝之前，在光电流变为：所以：实验内容与测量：1．分辨能力的测量：分辨能力的测量只涉及汞灯的两条黄谱线，因此，应该从两谱线的外侧开始扫描，途径两谱线的峰值，终止与另一谱线的外侧外侧。
2．测量滤光片的透射率：不加滤光片，开启扫描开关，从280nm开始正向自动扫描，至660nm止，观察光强的最大值在哪一波长附近，大小如何。
如果光强值不符合要求，扫描至光强最大值的附近，进行适当的调节，是的最大光强接近100。
单色仪简介和比较
单色仪简介和比较1666年，牛顿在研究三棱镜时发现，太阳光在通过三棱镜后被分解成了七色光。
1814年，夫琅禾费设计了一套包括棱镜、狭缝和视窗的光学系统并观察了太阳光谱中的吸收谱线。
1860年，克希霍夫和本生为研究金属光谱而设计了较完善的现代光谱仪——这标志着光谱学的诞生。
如今光谱分析已经是研究物理光学的主要分析手段，在科研和生产等方面发挥着极大的作用。
在光谱分析中，无论是对荧光光谱，还是穿透吸收光谱，亦或是拉曼光谱的研究，获得单色光都是不可缺少的手段。
其方法有很多，如单色光源、颜色玻璃和干涉滤光片。
除此之外，单色仪也是一种常见的获得单色光的方法。
单色仪一般通过色散、衍射等方法，将紫外、可见和红外的光谱区里的复合光分解成不同波长的单色光。
按照不同的分类标准，单色仪可以分为很多种。
常用的分类是：光栅单色仪和棱镜单色仪两种。
光栅单色仪按光束入射方式可分为正入射、掠入射和投射单色仪；按光学系统分布可分为罗兰圆和非罗兰圆两种；按衍射光栅面型可分为平面、球面和环面单色仪三种。
一、单色仪的分类简介1、棱镜单色仪棱镜单色仪是晶体单色仪的一种，此类单色仪以晶体作为分光元件。
用作同步辐射X射线波段的分光系统，由于晶体单色仪的衍射面是晶格面，所以对真空环境的要求可以比较低（10-1Pa）。
普通的棱镜单色仪通常由三部分组成，准光镜系统、色散系统和成谱系统。
如上图所示。
①准光镜系统：它是由准直光物镜L1和放在L1焦平面上的狭缝S组成；②色散系统，它是由棱镜P等组成；③成谱系统，它是由物镜L2和其焦平面上的像屏组成。
成谱系统形式的不同，仪器的名称就不同。
若采用的是望远镜来观察光谱，则叫做“棱镜分光镜”；若采用物镜和感光板进行摄谱，则叫做“棱镜摄谱仪”；若用狭缝来分离谱线，就叫做“单色仪”。
棱镜单色仪原理是复色光从狭缝进入，准光镜系统能够将其转变成平行光，然后入射棱镜。
色散系统将来自准光系统的平行光均匀而广泛地照射在棱镜P的折射面A上，经过棱镜的折射后，复平行光就分解成沿不同方向传播的单色光。
光栅单色仪实验报告
光栅单色仪实验报告光栅单色仪实验报告引言：光栅单色仪是一种常用的光学仪器，用于分离光的不同波长，以实现光谱分析。
本实验旨在通过实际操作光栅单色仪，了解其原理和使用方法，并通过实验结果验证其性能。
一、实验原理光栅单色仪的原理基于光的衍射现象。
当光通过光栅时，会发生衍射现象，光栅上的周期性结构会使得光的不同波长发生不同程度的衍射。
光栅单色仪利用这一特性，通过调节光栅的角度和入射光的波长，将光分离成不同波长的光束，进而进行光谱分析。
二、实验器材与方法1. 实验器材：光栅单色仪、白炽灯、狭缝、凸透镜、光电二极管、光电二极管电流测量仪等。
2. 实验方法：（1）调整光栅单色仪：将光栅单色仪放置在水平的台面上，调整光栅单色仪的位置，使其稳定。
（2）调整入射光的角度：将白炽灯放置在光栅单色仪的一侧，通过狭缝调节入射光的强度，然后通过调整光栅单色仪的角度，使入射光垂直射向光栅。
（3）观察光的衍射：将凸透镜放置在光栅单色仪的一侧，调整凸透镜的位置，使其与光栅单色仪的焦点重合。
然后，在凸透镜的焦点处放置光电二极管，并连接光电二极管电流测量仪。
（4）记录实验数据：通过调整光栅单色仪的角度，观察光电二极管电流的变化，并记录下相应的角度和电流数值。
三、实验结果与分析在实验中，我们通过调整光栅单色仪的角度，观察到了光电二极管电流的变化。
实验结果显示，当光栅单色仪的角度发生变化时，光电二极管电流也会随之变化。
这是因为光栅单色仪的角度变化会导致入射光的波长发生变化，从而影响到光的衍射现象。
通过进一步分析实验数据，我们可以得出光栅单色仪的分辨本领。
分辨本领是指光栅单色仪能够分辨两个波长之间的最小差异。
在实验中，我们通过测量光电二极管电流的变化，可以确定光栅单色仪的分辨本领。
实验结果显示，光栅单色仪的分辨本领较高，能够分辨出波长之间非常小的差异。
四、实验误差与改进在实验中，由于仪器的精度和实验条件的限制，可能会产生一定的误差。
例如，光栅单色仪的角度调节可能不够精确，导致测量结果的误差。
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 (������)
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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不同单色仪的探究
摘要：
本文综合介绍了不同种类的单色仪以及各自的原理，并且对棱镜单色仪和光栅单色仪的优缺点进行了一些比较，最后对单色仪的现状进行了一些阐述，对单色仪中存在的一些问题进行了简单归纳。
关键词：棱镜单色仪，光栅单色仪，单色仪比较
1666年，牛顿在研究三棱镜时发现太阳光通过三棱镜后被分解成了七色光。
1814年，夫琅禾费设计了一套包括棱镜、狭缝和视窗的光学系统并观察了太阳光谱中的吸收谱线。
1860年，克希霍夫和本生为研究金属光谱而设计了较完善的现代光谱仪，标志着光谱学的诞生。
如今光谱分析已经是现在研究物理光学的主要分析手段，在科研和生产等方面发挥着极大的作用。
在光谱分析中，无论是对于荧光光谱，还是穿透吸收光谱，还是拉曼光谱的研究，获得单色光是不可缺少的手段。
除了单色光源外、颜色玻璃和干涉滤光片外，单色仪也是一种获得单色光的途径。
单色仪是一种通过色散、衍射等方法将紫外、可见和红外的光谱区里的复合光分解成不同波长的单色光。
按照不同的分类标准，单色仪可以分为很多种。
常用的单色仪分为光栅单色仪和棱镜单色仪。
光栅单色仪按光束入射方式可分为正入射、掠入射和投射单色仪；按光学系统分布可分为罗兰圆和非罗兰圆；按衍射光栅面型可分为平面、球面和环面单色仪。
一、不同种类的单色仪
1、棱镜单色仪
棱镜单色仪是晶体单色仪的一种，此类单色仪是以晶体作为分光元件的，用作同步辐射X射线波段的分光系统，由于晶体单色仪的衍射面是晶格面，所以真空环境的要求可以比较低（10-1 Pa）。
普通的棱镜单色仪通常由三部分组成，准光镜系统、色散系统和成谱系统。
如下图所示：
准光镜系统，它是由准直光物镜L1和放在L1焦平面上的狭缝S组成；色散系统，它是由棱镜P等组成；成谱系统，它是由物镜L2和在其焦平面上的像屏组成。
成谱系统形式的不同，仪器的名称就不同。
若采用的是望远镜来观察光谱，则叫做“棱镜分光镜”；若采用物镜和感光板进行摄谱，则叫做“棱镜摄谱仪”；若用狭缝来分离谱线，则叫做“单色仪”。
棱镜单色仪原理是复色光从狭缝进入，准光镜系统系统能够将其转变成平行光，然后入射棱镜。
色散系统将来自准光系统的平行光均匀而广泛地照射在棱镜P的折射面A上，经过棱镜的折射后，复平行光就分解成沿不同方向传播的单色光。
然后成谱系统将沿不同方向的单色平行光会聚与焦平面上，从而获得一幅彩色的光谱线图。
其实每一根谱线是狭缝的一个像。
为了使谱线像差小、成像清晰、体积小、集光本领强，人们对结构做了重要的改进。
如
图所示的是WDF型棱镜单色仪。
WDF型是一种反射式棱镜单色仪，它是将
上述准光镜系统中的凸透镜L1和物镜L2用两块凹面反射镜M1、M2代替。
其优点是能够使狭缝射进来的复色光变成平行光的平行性最好，且凹面
镜对各种不同波长的平行光聚于焦平面上的像不会有前后之分。
对于色
散系统，只有复色光中以最小偏向角色散的单色光才能够通过狭缝S2，这样就可以通过控制棱镜转动的角度来实现单色仪的定标了。
2、光栅单色仪
与棱镜单色仪不同，光栅单色仪是通过衍射来实现复色光的分解的。
光栅光谱仪是多种多样的，其主要是由光栅、狭缝、成象系统和感光板(或出射狭缝)等部件组成。
光栅单色仪与棱镜单色仪最大的不同主要是在光学系统上。
以WDP500-C平面光栅单色仪为例，如图所示，这是一种平面光栅单色仪的光学系统。
它的工作原理是光源发出的光均匀的照亮在位于抛物镜的焦平面上的狭缝S1，然后经过凹面镜M1的反射到光栅G上。
由光栅的衍射光再经过M1、M2的反射后射出狭缝S2。
相比于棱镜单色仪来说，光栅单色仪由于没有太多折射，光强减少相对较小，出射光强较大。
因此光栅单色仪比较容易与其它检测设备配套使用。
而且由于光栅相对于棱镜来说体积较小，并且光栅制作技术的不断进步，现在光栅单色仪的应用更加广泛。
因此，光栅单色仪的分类也就比较多了。
它们的结构大多是保持入射狭缝和出射狭缝不动，仅光栅自身转动来实现谱线的扫描和波长的选择。
（1）Seya-Namioka单色仪
如上图所示，此为Seya-Namioka单色仪。
它采用了在零级光时入射狭缝与出射狭缝位于罗兰圆上的布置，入射光线与出射光线的夹角为70度32分。
采用这个参数布置时，光栅扫描时出臂长度变化非常小，因此可以不移动出射狭缝而得到较好的分辨率。
由于其包含角较小，所以普遍的作用是用作同步辐射真空紫外单色仪。
（2）柱面单色仪（Dragon单色仪）
下图所示的是柱面元件单色仪，它的目的是在保证衍射光束成像质量的前提下，以最小数目的光学元件、最简单的可靠波长扫描运动和最容易制造的光学表面形状为基点来实现其分光的作用系统仅由三个光学元件组成，它包括两块柱面镜和一块柱面光栅。
（3）环面单色仪
下图所示的是环面单色仪，TGM单色仪。
它是在Seya单色仪的理论基础上发展起来的一种新型单色仪。
与Seya单色仪相同的是它也有固定包含角，入射光束和出射光束方向不变，仅由光栅绕其自身中心一位维转动，实现全谱扫描，结构简单。
但是两者包含角度不同，此系统的包含角为140度—160度，衍射能量为低能段，而Seya单色仪包含角为70度，衍射能量为高能端段。
（4）平面光栅单色仪
平面光栅作为衍射元件起始于1889年，直到1962年Murty 详细研究了平面光栅衍射理论，才大大推进了平面光栅的应用。
但是平面光栅在分光谱仪中仅器色散作用，本身无聚焦功能，必须借助第二个光学元件进行聚焦，这对它的适用范围也有所影响。
用于学生实验室比较多。
二、两种单色仪的比较
现在的单色仪大致上分为棱镜单色仪和光栅单色仪，这两种单色仪各有各的优缺点。
棱镜的工作光谱区会受到材料的限制，因为它的允许波长有限制，当光的波长小于120nm，或大于50µm时，棱镜单色仪就无法正常工作。
而光栅的工作光谱区的限制相对宽松。
光栅的角色散率与波长无关，而棱镜的角色散率却与波长有关，所以在设计时就得考虑到不同波长的对色散率的影响。
棱镜的尺寸越大，分辨率就越高，但是这样制造就越困难了，而且耗材多。
而相同分辨率下，光栅的重量就比较轻，而且随着光栅制作技术的不断进步，光栅可以越做越小巧。
综合比较看来，光栅单色仪的优点似乎略多一些，但是光栅单色仪也存在一些短处。
比如光栅存在光谱重叠的问题，而棱镜却没有；光栅还存在鬼线，这是由于刻划误差造成的，而棱镜不存在这问题。
所以，对于某些场合，棱镜单色仪还是比光栅的更适合。
这就是它们各自的优缺点。
总结：
单色仪最早是有棱镜的色散发展过来的，但是棱镜是非线性的器材，所以随着技术的进步，人们加大了对光栅的研究。
如今光栅越来越多地应用在单色仪中，它的优点突出。
当然
也有缺点。
但是随着光栅生产技术的进步，这些缺点也在逐渐减少。
起初，单色仪的测量工作主要是人来操作的，如今随着自动化控制的进步，单色仪越来越多地采用了自动化的装置。
自动扫描装置是完成各种实验的快速手段，而且自动扫描传动装置也有以前的正弦机构发展成了更先进的机构，如蜗轮蜗杆传动等。
这样就避免了简单的正弦机构的撞车问题，同时也能实现光栅360度转动，有效地提高精度。
但是单色仪依旧存在一些问题有待解决，如杂散光对获得单色光的影响，缝宽对测量准确性的影响等。
由于缝宽对单色仪的波长定标的准确性有着重要的作用，在进行精密测量时，每次改变单色仪的缝宽后都要对单色仪进行重新定标才能使用。
单色仪以后的改进研究也就在这些问题上，当然还有光栅的研究工作等。
参考文献：
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