单色仪的调整和使用

单色仪的调整和使用

By 金秀儒

物理三班

Pb05206218

实验题目：单色仪的调整和使用

学号：PB05206218

姓名：金秀儒

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。

实验仪器：

光栅单色仪、钨灯、汞灯、计算机等。

实验原理：

1. 单色仪的结构和原理 如图1 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。

本次实验所用光栅1200条刻痕，一级光谱范围为380nm —1000nm, 刻划尺寸为64⨯64mm 2

。当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm 。 2. 闪耀光栅原理

当光栅位于某一个角度时（φ、θ一定），波长λ与d 成正比，角度的符号规定由法线方向向光线方向旋转顺时针为正，逆时针为负。几何光学的方向为闪耀方向，所以可以算出不同入射角时的闪耀波长，由于几何光学方向为入射角等于反射角的方向，即，)(b b θθθφ---=-，所以有，

φθθ-=b 2，光栅方程式为λφθφ=-+))2sin((sin b d

3. 光栅的特性

狭缝是单色仪的关键部件，它的宽度范围是0—3mm ，每格为0.005mm;

根据光学的理论知识可以知道，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。理论上它们分别为：谱线的 半角宽度cos d m D d d θθλθ=

=，角色散率cos d Nd λθθ=，光谱分辨本领R mN d λλ

==； 式中N 为光栅的总线数，在本实验中N 为64⨯1200=76800，m 为所用的光的衍射级次，本

实验中m=1。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，实际的谱线半角宽度远远大于理论值。

4+

数据处理及结论：

1. 测量蓝色滤波片的透射率（钠灯）

测量蓝色滤波片的透射率（钠灯）

/nm λ

550 540 530 520 510 1I 1584 1515 1432 1338 1234 2I 885 955 992 997 972 12/I I

0.5587 0.6303 0.6927 0.7451 0.7876 /nm λ

500 490 480 470 460 1I

1126 1012 898 784 675 2I 914 834 747 649 555 12/I I

0.8117 0.8241 0.8318 0.8278 0.8222 /nm λ

450 440 430 420 410 1I

572 475 381 298 228 2I 462 375 294 222 161 12/I I

0.8076

0.7894

0.7716

0.7449

0.7061

透过率与波长关系曲线:

380

400

420

440

460

480

500

520

540

560

0.55

0.600.65

0.70

0.75

0.80

0.85

由曲线可以看出，最大透过率发生在波长为480nm 处。 透过率

波长/nm

2. 测量单色仪的实际分辨率（汞灯）:

测量单色仪的实际分辨率（汞灯）：

1

2

3

Average 1λ/nm

577.7450 577.7450 577.7400 577.7433 d λ 0.1975 0.2050 0.2025 0.2016 I 589 577 565 577

1

2

3

Average 2λ/nm 579.8350 579.8375 579.8325 579.8350 d λ 0.1875 0.1975 0.1925 0.1925 I 555 571

561

562

计算实际分辨率：

11577.7433R =

== 2743.32d 0.2016λλ； 22579.8350R ===3012.12d 0.1925

λλ；

3. 计算漂移量：

计算漂移量：

用标准546.073nm 波长的光进行校准。

λ测量值分别为：546.7225nm ；546.7175nm ；546.7150nm ； 平均值为546.7183nm ；

=546.7183-546.073=0.7110d nm λ；

因此汞灯的两条谱线测量位置分别为：

577.7433-0.7110=577.0323nm ； 579.8350-0.7110=579.1240nm ；

与理论值577nm ，579nm 的相对误差分别为：

（理论值实验中没有给出，并不是577nm 和579nm ） D1=577.0323-577 /577100%=0.0056%⨯（）；

D2=579.1240-579/579100%=0.0214%⨯（）；

实验小结及建议：

本实验是一个比较精确的实验，引起误差的主要因素是实验环境的影响，其中包括其他光源的影响以及仪器的微小振动等。另外，光波的噪声对实验也产生一定的影响；

从本次实验的结果来看，透过率与波长关系曲线和理论值比较接近，单色仪的实际分辨率测量无误，计算漂移量与理论值的相对误差都很小；因此，实验结果基本让人满意，在现有实验条件下，实验比较准确。