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rona-光栅单色仪2.doc
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rona 光栅 单色仪
实验报告 姓名:骆涛 学号:PB06210288 系别:0611 实验题目:光栅单色仪的调整和使用 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、钠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。 如下图所示,当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为f(见图)时,光栅的闪耀角为q。取一级衍射项时,对于入射角为f,而衍射角为q时,光栅方程式为:d(sinf+sinq)= l 因此当f、q一定时,波长l与d成正比。几何光学的方向为闪耀方向,则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,所以有,光栅方程式改为: 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 二、狭缝宽度 缝宽过大时实际分辨率下降,缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小。最佳狭缝宽度为:。其中f为抛物镜的焦距,D是由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径,实验中f=500mm,D=64mm。 根据光学的理论知识可知,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。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: 式中为光栅的总线数,在本实验中为641200=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,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。 理论值的计算: 焦距f=500mm.光栅的面积64´64mm2 光栅的宽度D=64mm,光栅的刻划密度为1200线/mm 1、 最佳狭缝宽度 由于汞灯是原子发光,所以它的光谱为间断的,理论可知它会出现两个波峰风别为576.96nm和579.06nm所以可得它的最佳狭缝宽度为 =0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891μm =0.86×500 ×576.96/64 nm=3.876μm 2、理论分辨本领R m为干涉级次,这里m=1,N为光栅的总线条数。 实验内容: 1.测钨灯的光强分布曲线 λ/nm 400 410 420 430 440 450 460 470 263 341 426 516 605 694 785 870 λ/nm 480 490 500 510 520 530 540 550 948 1019 1071 1121 1146 1151 1159 1162 λ/nm 560 570 580 590 600 610 620 630 1172 1192 1172 1129 1085 1025 946 855 λ/nm 640 650 660 670 680 690 700 710 761 659 565 478 391 316 251 194 λ/nm 720 730 740 750 150 116 88 70 (为不加滤光片时的光强) 做得光强分布曲线为 2.测LED的光强分布曲线 λ/nm 400 405 410 415 420 425 430 435 -002 -001 002 010 027 059 118 219 λ/nm 440 445 450 455 460 465 470 475 384 618 885 1278 1644 1755 1430 1062 λ/nm 480 485 490 495 500 505 510 515 725 483 305 184 121 076 045 027 λ/nm 520 525 530 535 540 545 550 018 008 005 002 000 -001 -001 (为不加滤光片时的光强) 做得光强分布曲线为 2.汞的波峰和分辨率的测量 波峰 位置 分辨律 1 576.9375 0.1500 2 579.0475 0.1425 由得分辨本领 3846.25, 4063.49 误差分析: 1.实验室有其它微弱自然光干扰 2.所用光源许等待一段时间方能稳定,但实验时等待时间稍短 3.仪器调节中狭缝与实际刻度存在误差以及光路调节存在误差 思考题: 1:说明钨灯和钠灯、汞灯光谱的区别和道理。 由实验可知钨灯的光谱为连续谱,而汞灯的光谱为分立谱。这是由它们不同的发光机制造成的:钨灯是由原子电离出的电子所产生的,由于电离出的电子具有连续的能量分布,所以光谱是连续的;汞灯是由原子内部电子发生能级跃迁造成的,所以光谱是分立的。 2:为什麽狭缝具有最佳宽度?如何求出狭缝的最佳宽度? 答:由于汞灯是原子发光,所以它的光谱为间断的,理论可知它会出现两个波峰分别为576.96nm和579.06nm,所以可得它的最佳狭缝宽度为  EMBED Equation.3 =0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891μm  EMBED Equation.3 =0.86×500 ×576.96/64 nm=3.876μm

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