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实验装置原理图 入射狭缝S1 出射狭缝S2 离轴抛物镜M1 光电倍增管 光源 凸透镜 如图所示 光源发出的光聚焦在狭缝S1处 而S1恰好处于离轴抛物镜M1的焦面上 所以入射光成为平行光射向光栅G 光栅表面有着细密的刻纹 它的作用与棱镜类似 都可以将一束混合平行光分解成出射角不同的各路单色光 这一系列分开的单色光最终经反射镜M2反射后会聚成像在不同的位置 如果我们控制光栅G 使其绕轴缓慢转动 则各路出射光的像点也会跟着移动 这样相应波长的光就会依次射出狭缝S2 这就是平面光栅单色仪的分光原理 图中的光电倍增管是一种光电转换器件 它的作用是将光信号转换成电信号并放大 以便输入外围检测电路测量出强度大小 转动光栅 测出各不同波长的光分量对应的信号强度 我们就可以得到光源的能谱曲线 当然 即使入射光的能谱是均匀的 最终的电信号响应也很可能随出射光波长而变 这就需要我们在处理电信号时将系统的波长相关非线性响应特性考虑进去 平面光栅的分光作用 右图是平面光栅的分光示意图 一束白光射向光栅 由于光栅表面有序的细密条纹 光波在其表面上产生衍射和干涉 最后各波长分量被分解开来 我们知道棱镜也有类似的分光功能 那为什么本实验要用光栅而不是棱镜呢 这是因为 相对与棱镜 光栅的分光能力更强 并且更容易定标 出射光的波长与光栅的转角有着简单的对应关系 外光路与内光路的匹配 d 入射狭缝S1 凸透镜 离轴抛物面镜M1 l 由于入射狭缝S1恰好处于离轴抛物镜的焦点上 所以光源经过凸透镜聚焦后必须成像在入射狭缝处 这样才能使入射光在离轴抛物镜的作用下变成平行光 同时为使光栅起到较好的分光效果 入射光应刚好照射满整个抛物面镜 这就对入射光的张角大小有一定的要求 通过调节凸透镜和狭缝的距离可以满足这一要求 如右边的公式所示 其中D和f分别是抛物面镜的
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