用CCD攝譜儀測量光波波長

1、近代物理實(shí)驗(yàn)用CCD棱鏡攝譜儀測量光波波長一、頭驗(yàn)?zāi)康?、了解CCD棱鏡攝譜儀的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法2、會(huì)用CCD棱鏡攝譜儀測定光波波長二、實(shí)驗(yàn)儀器汞燈、氦燈、CCD微機(jī)棱鏡攝譜儀，Origin軟件三、實(shí)驗(yàn)原理1、棱鏡攝譜儀的構(gòu)成P圖1棱鏡根據(jù)折射光棱鏡攝譜儀由準(zhǔn)直系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)棱鏡、成像系統(tǒng)、光譜接收四部分組成。的色散原理把平行混合光束分解成不同波長的單色光。本實(shí)驗(yàn)用的小型玻璃棱鏡攝譜儀，可 用來拍攝可見光區(qū)域的光譜，采用恒偏棱鏡代替圖1中的三棱鏡，因此照相裝置中光學(xué)系統(tǒng)的光軸與準(zhǔn)直管的光軸垂直（圖2）。My挾醸 X.總査管物儻戶IS PS向檢St2、攝譜儀的性能（1）色散棱鏡的角色散為1-n2

2、sin2 A2dnd'(1)它表示相差單位波長的兩譜線分開的角距離。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常使用線色散Di=dl/d ，以表示相差單位波長的兩譜線在光譜面上分開的距離。儀器的線色散數(shù)值越大，不同波長兩譜線中心分開的距離也越遠(yuǎn)。(2 )分辨本領(lǐng)儀器分辨本領(lǐng)的物理含義是攝譜儀攝取波長為附近的光譜時(shí)，剛剛能分辨兩譜線的波長差為d o根據(jù)瑞利判據(jù)，色散棱鏡的理論分辨本領(lǐng)為R = b 空(2)dh要提高棱鏡攝譜儀的光譜分辨本領(lǐng)，必須選用高色散率的材料制作色散棱鏡，且使底邊較寬(b 大)。(3 )相對孔徑譜線的照度 E主要決定于進(jìn)光狹縫的亮度B和照相物鏡L2的相對孔徑D 2E=B匚)(3)f要增加譜線的照度

3、，可應(yīng)用聚光照明系統(tǒng)，提高狹縫的亮度；并選用相對孔徑大的照相物鏡。3 測量待測譜線的波長棱鏡光譜的線色散率在各波長處均不同，如果所取波長范圍甚小，則可近似認(rèn)為該范圍 里色散率是恒定的，即底板上譜線位置n和波長，間是線性關(guān)系。在靠近待測波長x的兩側(cè)，選兩條波長'1、為已知的譜線，測出三條譜線在底板上的位置nx、ni和n2。則可依據(jù)線性關(guān)系，從，i、，2、n 1、n2和nx求出*值，此方法為內(nèi)插法。nx 一 m X *1 -2 - 1)( 4)n2 m四、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察汞燈和氦燈的光譜(1 )調(diào)節(jié)光源調(diào)節(jié)時(shí)，先將汞燈 S點(diǎn)亮，將光源 S和聚光照明透鏡 L放在攝譜儀的底座導(dǎo)軌上，使兩 者與

4、攝譜儀的入射縫 S等高。調(diào)節(jié)光源 S和聚光照明透鏡 L的位置，使光源 S發(fā)出的光通過 聚光照明透鏡 L在入射縫上 S上聚焦(目測達(dá)到最亮即可)。(2 )調(diào)節(jié)攝譜儀并觀察光譜在F處放一塊毛玻璃，調(diào)節(jié)入射縫S上方的螺旋測微器旋鈕(用途是改變?nèi)肷淇pS1的寬度)，使得在F處能夠觀察到清晰的光譜。若在調(diào)節(jié)螺旋測微器旋鈕后仍看不到光譜，則調(diào)節(jié) L2右側(cè)的旋鈕，改變光譜在F處成像的左右位置。這時(shí)可清晰的看到汞燈的光譜。記下各條譜線的顏色。注意：在一般情況下應(yīng)盡量避免將縫寬調(diào)到零，以免損壞刀口！(3)將汞燈從攝譜儀的底座導(dǎo)軌上拿下，換成氦燈，重復(fù)(1) - ( 2)的操作，觀察氦燈譜線，記下各條譜線顏色。2、

5、拍攝汞燈和氦燈的光譜將毛玻璃片從F處拿下，換成CC攝譜儀的采集器。打開電腦桌面上的ccdshot快捷方式，點(diǎn)擊 菜單欄“文件”中的“開始采集”，觀察電腦屏幕上氦燈的譜線圖象。再點(diǎn)擊菜單欄“文件”中的“另 存為”，將圖象存至桌面，命名為自己的學(xué)號。將氦燈換成汞燈，重復(fù)上述操作，將汞燈的圖象存在桌面上。注意：在換成汞燈后，不能移動(dòng) CCD采集器在F上的位置。3、記錄汞燈和氦燈的光譜數(shù)據(jù)打開電腦桌面上的ccdshot快捷方式，點(diǎn)擊菜單欄“查看數(shù)據(jù)”中的“打開/添加對比曲線”，選 擇桌面上存儲(chǔ)的汞燈譜線圖；用同樣方法打開桌面上存儲(chǔ)的氦燈譜線圖。記錄汞燈四組橫坐標(biāo)X與波長Y的數(shù)據(jù)，用Origin軟件繪圖

6、，并進(jìn)行曲線的二次擬合，記下 Y 和X的關(guān)系式。記錄氦燈二至四個(gè)橫坐標(biāo)X的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)X帶入擬合的方程，算出波長丫并查表計(jì)算相對誤差，分析誤差原因。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、Hg燈橫坐標(biāo)與波長的關(guān)系橫坐標(biāo)對應(yīng)波長（nm）281 （黃）579.07:308 （黃）576.96782 （綠）546.073651 （藍(lán)紫）435.84用二次曲線擬合得: BData1B的應(yīng)對分析得：Polyno mial Regressi on for Data1_B:Y = A + B1*X + B2*XA2Parameter ValueErrorB1-0.060830.00566B24.54281E-61.1203E-6R-Square（COD） SDNP即 Hg 的波長與坐標(biāo)的關(guān)系：=丫= 595.32-0.061*X+4.543*XA2 nm2、把測得的He的坐標(biāo)帶入關(guān)系式：=丫= 595.32-0.061*X+4.543*XA2 nm可得到He的波長為：1=585.56nm （黃光） 2=507.08nm （藍(lán)綠光）He燈波長測量誤差：橫坐標(biāo)測量值（nm標(biāo)準(zhǔn)值（nm）相對誤差（%162585.56587.030.251649507.08501.571.101854494.58492.190.1092409