光栅光谱仪的使用

北京科技大学 物理实验报告 光栅光谱仪的使用光栅光谱仪的使用实验报告实验报告 一 实验目的与实验仪器一 实验目的与实验仪器 1 实验目的实验目的 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 2 实验仪器实验仪器 WDS 3 平面光栅光谱仪 200 800nm 汞灯 钨灯 氘灯组件 干涉滤光片 二 实验原理二 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 实验原理图须用手绘后贴图的方式 1 平面反射式闪耀光栅原理平面反射式闪耀光栅原理 1 方向的光强 2 2 2 光栅方程 d sin sin i k 3 闪耀光栅 光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向 0 级谱线出现在光 栅平面反射的方向 闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里 4 闪耀波长的计算 2 2 平面光栅光谱仪的结构与组成平面光栅光谱仪的结构与组成 1 光学系统结构 北京科技大学 物理实验报告 光栅 光栅 1200 mm 闪耀波长 250nm M1 和 M2 凹面镜焦距为 300mm 狭缝 0 2mm 连续可调 电子系统 电子系统 电源系统 光接收系统 步进电动机系统组成 光学接收系统 光学接收系统 光电倍增管及其放大电路组成 光电倍增管 光电倍增管 光信号转变成电信号 是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件 目前测量光信号最灵敏的器件之一 结构 结构 3 色分辨率色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度 以汞灯的两条黄谱线 波长为 577 0nm 和 579 1nm 为例测出谱 线 1 和 2 峰间的间隔 a 以及 峰的半宽度 b 则色分辨能力为 2 10nm 2 1 4 滤光片光谱特性滤光片光谱特性 北京科技大学 物理实验报告 光谱透射率 T I I0 白光光源 钨灯 单色光 光电流 T i i0 中心波长 0 通带半宽度 峰值透过率T0 三 实验步骤三 实验步骤 要求与提示 限限 400 字以内字以内 1 准备工作 1 调节高压到 300 600V 不要小于 400V 之间 入射缝 出射缝缝宽均预置为 0 15 0 30mm 之间 打开氘灯 打开计算机 打开程序 首先进行复位操作 复位后按 确定 进入操作主界面 2 测量参数设置 能量模式 0 0 4095 0 扫描方式 重复扫描 1 次 波长范围 200 800nm 可根据实验需要设定上下限 2 校准光谱仪的波长指示值 通过氘灯光谱上的 486 0nm 峰值实现 3 汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量 移去钨灯 氘灯组件 汞灯置于狭缝前 先进行一次全谱扫描 观察汞灯谱线 再设置 扫描波长为 570 585nm 扫描一次 保存实验数据 4 滤色片光谱特性的测量 1 移去汞灯 装上钨灯 根据扫描结果重新设置参数 在 300 700nm 波长范围内进 行钨灯光谱的扫描 保存数据 2 不改变参数 在钨灯和狭缝中间加入滤光片 在 300 700nm 波长范围内扫描数据 保存数据 5 退出系统与关机 将副高压调节至零 退出系统 关闭仪器 四 数据处理四 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数据处理过程要贴手算照片 1 汞灯双黄线光谱汞灯双黄线光谱 北京科技大学 物理实验报告 2 钨灯光谱钨灯光谱 3 暗电流光谱暗电流光谱 4 T 曲线曲线 北京科技大学 物理实验报告 4 数据处理数据处理 北京科技大学 物理实验报告 五 分析讨论五 分析讨论 提示 分析讨论不少于 400 字 1 对于汞灯光谱线 我通过查阅资料了解到 实验室用的最多的气体放电光源是高压汞灯 它是重要的紫外光源 它在紫外 可见和红外都有辐射 即其光谱成分中包括长波紫外线 中波紫外线 可见光谱及近红外光谱 在实验中 能够在观察到汞灯双黄线光谱波长为 577 5nm 和 579 5nm 而资料表明汞 灯黄色谱线较强 即显示较亮 的为 577nm 和 579nm 这与实验结果基本吻合 但也有一 点误差 主要可能是实验仪器不稳定或者是读取曲线上的点时误差造成的 汞灯主要光谱线汞灯主要光谱线 波长表波长表 紫色 404 66 强 407 78 中 410 81 弱 433 92 弱 434 75 中 435 84 强 蓝绿色 491 60 强 496 03 中 绿色 535 41 弱 536 51 弱 546 07 强 567 59 弱 黄色 576 96 强 579 07 强 585 92 弱 589 02 弱 橙色 607 26 弱 612 33 弱 红色 623 44 中 深红色 671 62 中 690 72 中 708 19 弱 2 对于钨灯光谱 从实验结果来看 几乎能够发射从 300 700nm 范围内所有波长的光谱 主要分布在 400 700nm 波长范围内 这与平时使用的白炽灯能够发射可见光波长范围内的 光这一事实吻合 而且加上绿色滤光片后 能够扫描出的光谱主要集中在 550nm 波长左右 这也是绿光 集中分布的大概波长位置 3 适当减小狭缝宽度有利于谱线图样的清晰 波长的测定要尽量减少杂光的影响 在入射 狭缝端放上一片滤光片来滤光 对光波波长的准确测定有帮助 4 暗电流的存在限制了对微弱光信号的测量 所以光电倍增管暗电流的大小成为衡量其质 北京科技大学 物理实验报告 量的重要参数之一 六 实验结论六 实验结论 1 平面反射式闪耀光栅能够使闪耀方向落在我们所需要的光谱级里 从而既增加了有用的 光强 又减少了有害的杂光