光栅单色仪实验报告

光栅光谱仪的使用(北科大实验报告)

光栅光谱仪的使用实验报告学院高等工程师学院班级自E152学号41518170姓名郑子亮一、实验目的与实验仪器【实验目的】 1.了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性 2.了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪 3.测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱 4.测定光栅光谱仪的色分辨能力 5.测定干涉滤光片的光谱透射率曲线【实验仪器】 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm）。汞灯，钨灯氘灯组件，干涉滤光片等。二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）（1）平面反射式光栅与光栅方程规定衍射角Θ恒为正，i与Θ在光栅平面法线的同侧为正，异侧为负。K是光谱级对于常用的平面光栅光谱仪，谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内，因此，衍射角Θ可当做入射角i，光谱方程为：（2）闪耀问题闪耀波长： 2平面光栅光谱仪结构组成（1）光学系统（2）电子系统（3）光栅光谱仪操作

3.色分辨率光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度 4.滤光片光谱特性光谱透射率为：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内） 1.准备工作开机前，需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮，设置参数 2.校准光谱仪的波长指示值利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪，利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长，如果有偏差，用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量（1）入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间，负压-300~-600之间（2）移去钨灯&氘灯组件，将汞灯置于入射狭缝前，进行快速全谱扫描，根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数，使得记录的谱线高度适当，再进行一次慢速全谱扫描，保存实验数据。 4.滤色片光谱特性的测量 5.退出系统与关机四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 1. （1）汞灯光谱

光栅单色仪的调整和使用实验报告

实验报告陈杨PB05210097 物理二班实验题目:光栅单色仪的调整和使用实验目的: 1.了解光栅单色仪的原理结构和使用方法。 2.通过测量钨灯，钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。实验内容：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 1.钨灯发出的光波长与光强的关系 (1)光电倍增管加-450V的高压

480 612 560 490 667 614 500 737 653 510 780 672 520 831 679 530 873 663 540 915 628 550 943 579 (2)波长----光强图线为： (3)透过率的规律：由原始数据可得下图

(4)下表为相应波长的滤光片透过率 λ400 410 420 430 440 450 460 470 I/I0 0.49123 0.59677 0.64223 0.6789 0.7048 0.73872 0.74734 0.74299 λ480 490 500 510 520 530 540 550 I/I0 0.74739 0.75331 0.73484 0.71521 0.67477 0.62391 0.56019 0.49358 (5)相关分析: 可以看出，滤光片的透过率随入射光的波长变化而变化。波长位于中间时，透过率比较大，本次实验中约为75%；本次实验中，波长介于500nm和550nm之间时透过率随波长增大明显减小。可以用薄膜干涉来解释：这里认为膜的折射率大于其两侧介质（空气）的折射率，对膜的两个表面的反射光来说，是有半波损失的。此两束相干光若干涉相消，则可以增大透射光线的强度。光程差

自主光栅光谱仪实验

自组式光栅光谱仪一、实验目的 1、了解光栅的分光原理及主要特性； 2、了解光栅光谱仪的工作原理； 3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法。二、实验仪器 1低压汞灯及电源：2狭缝及固定调节架1个:0～2mm；3一维光栅及干板调节架1个；4、透镜及固定调节架3个（焦距f=60mm、焦距f=60mm、焦距f=200mm）； 5、白板1个； 6、读数显微镜及固定调节架1个。三、实验原理本实验用的是透射光栅，是用光学玻璃片刻制而成的(如图5-11-1)。当光照射到光栅表面时，刻痕处不透光。只有在两刻痕之间的光滑部分，光才能通过，相当于一条狭缝，因此，光栅实际上是一密排、均匀而又平行的狭缝。设a为缝宽，b为刻痕宽度，d=a+b称为光栅常数。由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束垂直照射到光栅平面时，在每一狭缝处都产生衍射，但由于各缝发出的衍射波都是相干光，彼此又产生干涉。这样就会在光栅后面的屏上形成一系列被相当宽的暗区隔开的亮度大、宽度窄的明条纹，成为谱线（如图5-11-2）。如图5-11-3所示，设S为位于透镜L1第一焦平面上的细长狭缝，Ｇ为光栅，光栅的常数为d，L1射出的平行光垂直地照射在光栅Ｇ上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。由夫琅和费衍射理论知，相邻两缝对应点出射的光束之光程差为：? = (a + b)sinθ = d sinθ 当衍射角符合下列条件: d sinθ = kλ k = ±1, ± 2, ± 3, ..., ± n （5-11-1）

该衍射角方向的光将会得到加强，叫做主极大，形成明纹；其他方向的衍射光线或者完全抵消，或者强度很弱，几乎成暗背景。（5-11-1）式称为光栅方程，其中：λ为单色光波长，k称为光谱线的级数。在k=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线则对称地分布在零级谱线的两侧，如图5-11-2所示。图5-11-3 平行光通过光栅当k＝０时，任何波长的光均满足（5-11-1）式，亦即在θ = 0 的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形成明亮的零级光谱；对于k 的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（θ的值不同），从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。而与k的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零的光谱两侧。若光栅常数d 已知，在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ，则可由（5-11-1）式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。四、实验内容 1、自组装置光栅光谱实验仪，实验装置图见图2所示。光源发出的光经过60mm透镜会聚到狭缝上，光线经过狭缝（狭缝放置在200mm 透镜的前焦面上），从200mm透镜出来的光为平行光，再入射到光栅上。通过光栅衍射的光成像于60mm透镜的后焦平面上（实为无穷远处可调狭缝的像）。

光谱分析系统定标操作指南解析

光谱分析系统定标操作指南 1.打开WY直流电源和光谱仪电源，预热15分钟，启动 PMS-50/80PLUS软件。 2.在PMS-50/80软件主界面“测试”菜单“系统设置”中的“通讯选项”对话框里设置相应通讯端口，选择任意一种“测试模式”。 3.把负载线连接在积分球上的“1”“2”接线柱和WY电源输出端之间（WY305电压电流调至最小位置即逆时针方向调节电压和电流旋钮发出响声） 4.安装标准灯，调节灯杆位置使灯泡处于挡光班的中心高度，以确保标准灯发出的光线不直射光度探测器和光纤。 5.关闭积分球，在“测试”菜单中或工具栏中选择“光通量定标”，点击“关灯校零”进行光度校零。 6.校零成功后，手动调节WY电源（也可以在软件中的WY系列功能中输入标准灯的标定电流和参考电压（输入的电压数值比标识的参考电压高1-2伏以把线路上的压降考虑进去），使其输出电流至标准灯标定电流值并处于稳流状态，等待5分钟以上待发光稳定，进行光通量定标，并“存盘推出”。 7.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”，进行色温定标，完毕后“存盘退出”。 8.在PMS-50/80软件主页界面“测试”菜单“系统设置”中的“通讯选项”对话框里选择另一种“测试模式”。 9.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”进行色温定标，

完毕后“存盘退出”。 10.把标准灯当做被测光源，在“测试”菜单中或工具栏中点击”电光源测试“开始测试，测试结束验证测试色温和光通量是否正确：（要求色温偏差在±15K以内，光通量偏差在±1%以内）符合进行11步，如不符合关灯后重新5-10步的操作。 11.把WY电源的输出调至最小，以熄灭标准灯，等标准灯冷却后，取下放入灯盒。 12.关闭WY电源，取下负载线接至机柜后的负载接线柱，至此完成定标，即可以正常的测试操作了。注：早期的PMS-50（即测试时间为2-3分钟的机型不需要8、9两步的操作）！

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。

W光栅光谱仪实验

光栅光谱仪实验一实验目的 1、了解光栅光谱仪的工作原理 2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术二实验仪器 WDS8A 型组合式多功能光栅光谱仪,计算机, 氘灯、钠灯、汞灯等各种光源三实验原理光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间距d 称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差 (sin sin )s d αβ?=±，α为入射角， β为衍射角，则可导出光栅方程： (sin sin )d m αβλ±= (0.1) 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来，λ为入射光波长，m 为衍射级次，取0,1,2,±±等整数。式中的“±”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出 cos d m d d βλβ=， (0.2) 复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G 安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪。在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系（如图2所示） 2cos sin d m λψη=， (0.3) 图1光栅光谱仪示意图

(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）。

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用学号 2015212822 学生姓名张家梁专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日

光栅光谱仪的使用张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。

CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状

单色仪的定标

单色仪的定标姓名：刘国强学号：201418150285 班级：14级4班学校：山东大学材料科学与工程学院摘要：单色仪是产生单色光和测量波长，进行光谱分析的基本仪器，在本实验中所使用的反射式棱镜单色仪其色散器件是棱镜，通过棱镜对不同波长（或频率）的光有不同的折射率，使各种光通过棱镜后能向不同的方向散开，通过在读数显微镜下的观察，得出数据. 关键词；单色仪，光谱，棱镜，汞灯光源，读数显微镜 1672年牛顿发现了光的色散现象，而早在我国北宋初年（公元974-1020年），杨亿著的《杨文公谈苑》一书中说：“嘉州峨眉山有菩萨石，人多收之，色莹白如玉，如上饶水晶之类，日射之有五色.”这表明物质的折射率和光的频率有关，而折射率取决于光在真空中的传播速度和物质中的传播速度之比。不同的光在同一物质中的传播速度不同，因而棱镜的色散作用是显而易见的. 单色仪是一种常见的分光仪器，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、光电探测器的光谱能量响应等，应用相当广泛. 一、实验目的通过单色仪的定标，掌握棱镜单色仪的工作原理和正确的使用方法. 二、实验仪器反射式棱镜单色仪，会聚透镜，汞灯，读数显微镜三、实验原理实验室中常采用的棱镜单色仪通常分为两类；一类是透射式单色仪，

一类是反射式单色仪.本实验所用的是国产的WDF 型瓦兹渥斯反射式单色仪.其内部装置主要由以下三部分组成（见图一）. 1，入射准直系统由入射狭缝S 1和使入射光束变为平行光束的准直物镜M 1组成. 2，散射系统主要是分光棱镜P 使光束色散，这是因为棱镜的材料对不同的波长（或频率）的光有不同的折射率n 所致，即)(λn n =.所以各种波长的光透过棱镜后能向不同的方向散开，如图一所示。复色光 ),,(321 λλλλ，以入射角1i 射入棱镜，单色光1i 以出射角2i 射出，不同波长的光的出射角2i 是不相等的.入射光和出射光之间的夹角称偏向角，如图二中的即为单色光1λ和入射光之间的偏向角. 棱镜转动时,偏向角可以发生变化,当转动到某一位置时,偏向角具有最小值,称最小偏向角,用min δ表示,光学理论可以证明,当时 m i n δδ=时,21i i =,并且还可以证明,对顶角一定的棱镜,)(min n f =δ,n 为棱镜P 的折射率,前面已指出了)(λn n =,所以,)(min λδf =.棱镜P 和平面镜M 作为一个整体,由单色仪下部的鼓轮手柄操作.转动鼓轮, 就改

14-单色仪的应用

实验十四单色仪的应用单色仪是将光源发出的复色光用色散元件把它分解为单色光的仪器，这种仪器可用于各种光谱特性的研究：如测量介质的光谱透射率曲线，光源光谱的光强分布、光电探测元件的光谱响应等等。在实验室中常用到的单色仪基本有二类，一类是透射式单色仪，如图1所示，这种单色仪的入射光和出射光恒成90°夹角。成像系统由透镜组成，常用于可见光范围，它的优点是聚光本领强；另一类是反射式单色仪，如图2所示，这种单色仪入射光与出射光夹角为 122，成像系统由反射镜组成，它的优点是使用范围大，只要置换不同的棱镜，使用范围可以从紫外光一直到红外光，本实验所用的正是此类单色仪。【实验目的】 1．了解单色仪的结构和原理，学会正确使用的方法。 2．以高压汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区域进行定标。 3．测定汞灯谱线的光强分布。【实验原理】反射式棱镜单色仪外形为一圆盘（如图2）它主要有三部分组成：①入射缝1S 和凹面镜1M ，组成了入射系统，以产生平行光；②平面镜2M 和棱镜P 组成色散系统； ③凹面镜3M 和出射缝2S 组成聚光出射系统，它将棱镜分出的单色平行光由3M 汇聚在出射缝2S 上。图中平面镜2M 和棱镜P 所放的位置，对以最小偏向角通过棱镜的平行光束而言，可使入射到2M 的光束与从棱镜出射的光束平行。这样，以最小偏向角通过棱镜某波长的光，经3M 反射后恰恰成像在出射缝处。因此，只要1S 和1M 保持不变的情况下，当棱镜P 和反射镜2M 同步转动时，对应于最小偏向角的光的波长也跟着改变，出射缝2S 就有不同波长的单色光射出。由于光束以最小偏向角通过棱镜，所以光缝单色像的像差最小。出射的光束单色性好。而棱镜P 和平面镜2M 的转动机构与仪器下部的转动轴杆鼓轮相连，鼓轮上刻有均匀的分度线，因而出射波长与鼓轮读数R 相对应。单色仪出厂时有对应（定标）曲线的数据。但经过一段时间使用后，定标会有所漂移。因此，在使用单色仪前需作重新定标。【实验内容】 1.光路调整。调光前使单色仪呈水平，使汞灯的中心，聚光透镜的中心，入射缝的中心都在入射缝和准直反射镜1M 光轴的延长线上，汞灯置于4倍的透镜焦距之处，首先直接用肉眼在入射缝处观察光源的像，移动光源或透镜的前后位置使光源成像于入射缝1S 处。 2.入射缝和出射缝的实际零点的确定光缝长期使用后，它的实际零点往往与示值不符，故在使用单色仪前应先确定入射缝和出图 1 图2

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。缝宽的选择，一方面使缝宽尽可能窄，使相邻两波尽可能分开，另一方面，缝的宽度又不能太小，否则出射的单色光的强度变得太小，而无法探测到。一般要求出射狭缝宽等于入射缝宽，本仪器出入狭缝均为两档，狭缝分别为0.15mm、0.3mm 输出的单色光谱波长，从波长鼓轮直接读取，至于缝宽究竟选择多少，则要根据光强的强弱和接收器的灵敏度来决定。实验一单色仪的定标单色仪出厂时，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。单色仪的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。本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400nm—760nm）进行定标。在可见光波段，汞灯主要谱线的相对强度和波长如图2及表1所示。表1 汞灯主要谱线波长表颜色波长／nm 强度紫色 *404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 *435.84 强中弱弱中强蓝绿色 *491.60 496.03 496.03 强中中绿色 535.41 536.51 *546.07 567.59 弱弱强弱黄色 *576.96 579.07 585.92 589.02 强强弱弱橙色 607.26 612.33 弱弱红色 623.44 中深红色 671.62 690.72 708.19 中中弱

光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇

实验报告题目: 光栅光谱仪的使用姓名董芊宇学院理学院专业应用物理学班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月

一．实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。二．实验原理 1.闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（φ=90?）光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时，衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取+号，异侧时取-号，单缝衍射中央主极大的条件是0u =，即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足0v =，即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的，光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。为了提高信噪比，可以采用锯齿形的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”，与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ，于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射（发光）处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ，发射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能

单色仪的调节与定标

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、

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用学号2015212822 学生姓名张家梁专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年3 月14 日

2. 光探测器光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角

大物仿真实验实验报告

物理仿真实验实验报告

光电效应和普朗克常量的确定一、实验简介 1905年，年仅26岁的爱因斯坦提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密里根用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。二、实验目的（1）了解光电效应基本规律，加深对光量子论的认识和理解；（2）了解光电管的结构和性能，并测定其基本特性曲线；（3）验证爱因斯坦光电效应方程，并测量普朗克常量。三、实验原理当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。光电效应实验原理如图1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图2所示。 1.光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值H I ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当K A U U U -=变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差a U 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能。在减速电压下，光电子在逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当 a U U =时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即 a eU mv =22 1 (1) 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，v 为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量hv 之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 22 1 (2) 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。由此可见，光电子的初动能与入射光频率v 成线性关系，而与入射光的强度无关。 3.光电效应有光电阈存在实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），h A 0=v ，0v 称为红限。爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=||α。当用不同频率（n v v v v ,,,,321 ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=||11 A U e hv +=||22 A U e hv n n +=|| 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --=) ( 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量，也可由v U -α直线的斜率求出h 。

20140224光栅光谱仪实验要求

光栅光谱仪实验仪器 WGD-5型组合式多功能光栅光谱仪，滤色片一组（红绿蓝），汞灯，溴钨灯，水，玻璃片。预习思考题 1．简述工作原理（不可照抄课本），在此基础上画出光栅光谱仪的光路图，。 2．改变光谱仪入射或出射狭缝的大小会对测量结果有什么影响？ 3．测量透过率曲线对光源有什么要求？汞灯是合适的光源吗？ 4．水和玻璃是什么颜色的？为什么？实验内容一. 测量前的准备（自带U 盘） (1) 记录螺旋尺旋转方向与缝宽变化的关系。 (2) 打开单色仪的电源开关，打开汞灯、溴钨灯电源，预热5min。 (3) 将倍增管的高压调至400V(不得超过600V)。 (4) 打开计算机，进入win98 后，双击“WGD-5 倍增管”图标进入工作界面。待系统和波长初始化完成后便可以工作。二. 单色仪波长校准探测器选用光电倍增管，高压加到400伏。在能量模式下测量汞灯光谱。扫描范围300-750nm，扫描步长选1nm。用“自动寻峰”测量谱线波长，与标准值比较，如果波长差大于1nm，进行波长修正。说明：光源：汞灯参数设置：工作方式：模式“能量”，间隔“1nm”；工作范围：300—750nm。狭缝宽度调节，使入射缝与出射缝相匹配。点击“单程”，单色仪开始扫描。扫描完成根据谱线强度重新调整入射和出射狭缝，使谱线尽量增高，并使黄线 576.9nm、579.0nm 分开 (以划线谱线作为参照) （汞灯谱线：波长(nm)365.02、404.66、407.78、435.83、546.07、576.96、579.07、623.4）三. 测量滤色片透过率曲线光源：取下高压汞灯，换上溴钨灯１. 扫描基线工作方式：模式“基线”。点击“单程”，单色仪开始扫描。调节入射缝的缝宽使基线的峰值达到900以上；扫描结束后，点击“当前寄存器”列表框右侧“---”，在弹出的“环境信息”填入信息，然后关闭。保存该寄存器的数据，选用“txt”的文本格式。２. 扫描透过率曲线打开样品池顶盖，将一个滤色片放在入射狭缝的前面，盖上顶盖。

单色仪的定标

单色仪的定标物理学院华远杰实验目的 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光谱透射率的方法。仪器和用具反射式棱镜单色仪、汞灯、光电池、灵敏电流计、（移测）显微镜、滤光片、会聚透镜、电源、自耦变压器、钨合金灯泡。实验原理简而言之，单色仪的工作原理是通过棱镜对光的色散作用，使不同波长的光随着棱镜的转动依次从单色仪的孔中射出，并在显微镜中被观察到。棱镜的转动由单色仪的一个鼓轮控制，鼓轮上有类似螺旋测微器的刻度，不同的刻度可对应不同波长的光射出时的棱镜的位置，即满足光的波长与鼓轮读数的一一对应关系。当测得足够多的谱线的波长与鼓轮读数时，即可在坐标纸上绘出单色仪的定标曲线（色散曲线）。关于光谱半宽度的测定，让连续光源发出的光经过凸透镜后再由一绿色滤光片进入单色仪。将上面提到过的显微镜换成一光电池，并将光电池两极连接在调平后的检流计上。光线从单色仪中射出照到光电池时，光电池将产生电流，使检流计发生偏转。通过检流计偏转的格数来反映光强度。因为同一滤光片对不同频率的光的透射能力不同，所以检流计的偏转存在一个最大值，最大值的二分之一对应有两个波长，这两个波长的差值即为该光的半宽度。实验内容 1.调节汞灯，凸透镜，单色仪的单缝等高同轴，适当调整凸透镜和光源的位置，使光源在单缝处成清晰的，指甲盖大小的像，并均匀分布于单缝两侧； 2.调整单缝宽度，转动鼓轮使单色仪的出光口能看到光线； 3.调整显微镜的位置，使视野中出现入射光色散形成的亮场，调整目镜焦距和单缝宽

度，直至出现分离的，清晰的谱线； 4.对比汞发射光谱，确认可计数的谱线的数量，若数量不足，重复上述实验步骤； 5.调整鼓轮位置，使显微镜的叉丝位于光谱最外侧的一条谱线的中心处，记录此时鼓轮的位置； 6.沿同一方向转动鼓轮，分别记录每一条谱线对应的鼓轮的位置； 7.绘制单色仪的定标曲线； 8.在单缝前加一块滤光片，撤去显微镜，接上光电池并将光电池与调平的检流计连接； 9.转动鼓轮，记录检流计偏转最大的时刻鼓轮的位置和偏转在最大值的一半时的鼓轮位置。实验数据用MATLAB对数据进行拟合，并绘制如下曲线

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪实验报告公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

光栅光谱仪的使用学号 22 学生姓名张家梁专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日

光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于 1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的 CCD 常用作图象传感和光学测量。由于 CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时

单色仪的定标与滤光片光谱透射率的测定

单色仪的定标与滤光片光谱透射率的测定【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光谱透射率的方法。【实验仪器】反射式棱镜单色仪，汞灯，硅光电池，灵敏电流计，低倍显微镜，滤光片，会聚透镜，毛玻璃【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。若采用石英棱镜作为色散棱镜，主要应用于紫外光谱区，并用光电倍增管作为探测器；棱镜材料用NaCl、LiF或 KBr等，则可用于广阔的红外光谱区，用真空热电偶等作为光探测器。本实验为玻璃棱镜单色仪，仅适用于可见光区，用人眼或光电池作为光探测器。

图1所示为反射式棱镜单色仪的结构示意图，其外壳是圆形的，下方有驱动棱镜台转动的丝杆和读数鼓轮，外侧装有缝宽可调的入射狭缝S 1和出射狭缝S 2 。其光学系统由下列三部分组成：1．入射准直系统由入射狭缝S 1和凹面镜M 1 组成，因S 1 固定在M 1 的焦面上，它使S 1发出的入射光束经M 1 后成为平行光束。 2．瓦兹渥斯（Wadsworth）色散系统由玻璃棱镜P和平面镜M联合组成一整体，安装在同图1 一转台上，可以绕通过O点垂直于图面的轴线（棱镜顶角的等分面和底面的交线）转动，该系统的特点是平行光束通过后，以最小偏向角出射的单色光仍平行于原入射光。即该系统为恒偏向色散装置。 3．出射聚光系统由凹面镜M 2和出射缝S 2 组成，它将色散后沿不同方向传播的单色光经M 2 反射后，会聚在M 2的焦面，即出射缝S 2 的平面上，因S 2 缝宽较小，从S 2 输出的是波段很窄的光，通常称为单色光。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S 2 输出的单色光的波长将依此由长变短。单色仪能输出不同波长的单色光，是依赖于棱镜台的转动而实现，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。练习一单色仪的定标