淺析汞燈的光譜(光源光譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告)

1、淺析汞燈的光譜*大學(xué)&學(xué)院*班學(xué)號(hào)*摘要：我們實(shí)驗(yàn)室中常用的是高壓汞燈，汞光低壓汞光光譜和高壓汞光光譜略有不同，本文重點(diǎn)介紹了低壓汞燈和高壓汞燈的幾點(diǎn)區(qū)別。關(guān)鍵詞：低壓汞燈高壓汞燈光源光譜實(shí)驗(yàn)小結(jié)正文：很多光源發(fā)出的光是由多種不同顏色（波長(zhǎng)）的光組成的。通過(guò)儀器我們可以將這些不同波長(zhǎng)的光分開，形成“光譜”。氣體原子的發(fā)光機(jī)理來(lái)源于電子在原子內(nèi)部能級(jí)間的躍遷，固體發(fā)光還和固體的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以對(duì)物質(zhì)發(fā)光光譜的研究將有助于我們認(rèn)識(shí)發(fā)光物質(zhì)的微觀性質(zhì)。不同元素的原子有著自己特有的光譜特征，通過(guò)對(duì)光譜研究也可以幫助我們分析物質(zhì)的組成成分。現(xiàn)代光譜分析技術(shù)是物理、化學(xué)、材料學(xué)、天文學(xué)、考古學(xué)等研究中不

2、可缺少的手段。最早的光譜分光（色散）原件是三棱鏡。1666年牛頓用三棱鏡得知太陽(yáng)的白光光譜是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫依次排列的光帶組成的。光柵是另一種常用色散原件。1859年吉爾霍夫用平行光管、三棱鏡及望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成了最早的棱鏡光譜儀、光柵光譜儀。從波動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，光是一種電磁波。電磁波可以按其頻率或波長(zhǎng)排列成波譜，我們通常所說(shuō)的光是指復(fù)色光，是由很多種波長(zhǎng)不同的單色光組成的，它包含了從短波射線到長(zhǎng)波無(wú)線電波的一個(gè)廣大的范圍。人眼可以感受到的光（通常稱可見光）只占其中很窄的一個(gè)譜帶，通常認(rèn)為波長(zhǎng)（在真空中），或者等價(jià)的表示為頻率。在可見光范圍內(nèi)，隨著波長(zhǎng)從小到大，所引起的視覺(jué)顏色也逐漸從紫色

3、轉(zhuǎn)變到紅色。一般我們研究的光學(xué)波段，除可見光外，還包括波長(zhǎng)小于紫光的紫外線和波長(zhǎng)大于紅光的紅外線，其波長(zhǎng)范圍大致從1nm1mm。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“棱鏡光譜和光柵光譜”的測(cè)量中，我們測(cè)量低壓汞燈的光譜。我們可以看到視野中觀察到的依次為淡紫色，明紫色，綠色，黃色，黃色的條紋。通過(guò)測(cè)量和查閱相關(guān)資料知道，標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)分別為：404.7nm,435.8nm,546.0nm,577.0nm,579.7。在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)“光柵光譜儀測(cè)量光譜”中，我們看到汞光的可見光分布也是這五個(gè)波長(zhǎng)。在書中所給出的數(shù)據(jù)中，低壓汞燈產(chǎn)生的波長(zhǎng)有一個(gè)491.9nm,無(wú)論是在分光計(jì)中還是在光柵光譜測(cè)量?jī)x中都沒(méi)有觀察到這條譜線。我們使用的汞

4、燈并非低壓汞燈而是高壓汞燈。通過(guò)查閱資料得知：實(shí)驗(yàn)室用的最多的氣體放電光源是高壓汞燈，它是重要的紫外光源。它在紫外、可見和紅外都有輻射。即其光譜成分中包括長(zhǎng)波紫外線、中波紫外線、可見光譜及近紅外光譜。圖1里氏錄燈和歷汞燈的相對(duì)光譜解分布高壓汞燈的功率從幾十直至上萬(wàn)瓦，應(yīng)用很廣。對(duì)于照明用的高壓汞燈，主要是增強(qiáng)可見光區(qū)4根汞線的強(qiáng)度（404nm、436nm、546nm和577579nm）。其總輻射能量中約有37%是可見光，其中一半以上集中在這4根汞的特征譜線上。故高壓汞燈是光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光譜分析比較理想的標(biāo)準(zhǔn)光源。由于高壓汞燈有紫外輻射，因此不僅可用高壓汞燈來(lái)照明，還可用于曬圖、保健日光浴、化學(xué)合成

5、、熒光分析、紫外探傷等。低壓汞燈和鈉光燈也屬于氣體放電光源。低壓汞燈是利用低壓汞蒸氣放電時(shí)，可產(chǎn)生高效率的254nm輻射的燈。種類很多。各種低壓汞燈的光譜能量輸出都基本相同，燈的輻射能大部分集中在254nm。它是汞的最靈敏的共振幅射線。因此，它只能作紫外單色光源或用于滅菌、熒光分析上。低壓汞燈應(yīng)在額定電壓下點(diǎn)燃使用。點(diǎn)燃時(shí)應(yīng)配上符合要求的限流器。使用時(shí)須保持適當(dāng)?shù)耐L(fēng)或散熱，否則會(huì)影響燈泡的正常使用。此外，工作人員應(yīng)戴防護(hù)眼鏡，以免燒傷眼睛。在特殊情況下可用低壓汞燈來(lái)代替高壓汞燈作有關(guān)實(shí)驗(yàn)，但是實(shí)驗(yàn)效果會(huì)比用高壓汞燈時(shí)的效果差一些。原因就是它們的光譜范圍有一些差別。它們的光譜能量分布如圖所示。

6、圖中（a）和（b）分別是高壓汞燈和低壓汞燈的光譜能量分布。在高壓汞燈的輻射中，可見光約占總輻射的37%。而低壓汞燈在最佳條件下可見光才占總輻射的2%左汞燈主要光譜線波長(zhǎng)表顏色波長(zhǎng)/nm強(qiáng)度紫色A404.66強(qiáng)A407.78中410.81弱433.92弱434.75中A435.84強(qiáng)藍(lán)綠色A491.60強(qiáng)A496.03中綠色535.41弱536.51弱546.07強(qiáng)567.59弱黃色A576.96強(qiáng)A579.07強(qiáng)585.92弱589.02弱橙色A607.26弱A612.33弱紅色深紅色A623.44A671.62中中A690.72中708.19弱通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室中常用的各種光源的分析，不難發(fā)現(xiàn)在分

7、光計(jì)的實(shí)驗(yàn)中是不能用其它幾種光源來(lái)代替的。比如我們已經(jīng)知道自熾燈產(chǎn)生的光譜是連續(xù)，這就不能滿足實(shí)驗(yàn)中的譜線要求。雖然低壓汞燈在性質(zhì)上與高壓汞業(yè)有相似性，但是低壓汞燈的光色是偏向藍(lán)、綠色，缺乏紅色成分，而且顯色指數(shù)也很低。所以也不能完全滿足我們此實(shí)驗(yàn)的要求。同樣鈉燈的光譜中只以黃色為主。氨一窗激光器更是單色性極好的單色光。綜合以上分析，由分光計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定了光源只能使用高壓汞燈，而不能用其它光源來(lái)代替。除了“分光計(jì)的調(diào)整與使用”實(shí)驗(yàn)中使用高壓汞燈外，普通物理實(shí)驗(yàn)“用光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)”也用到各色光譜，所以也使用高壓汞燈。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：在這一次的物理實(shí)驗(yàn)中，我不僅僅增加了對(duì)光源光譜的理解與了

8、解，同時(shí)也增加了自己的動(dòng)手能力與思考的能力。我們?cè)诟咧械臅r(shí)候?qū)庾V有一定的介紹，但是當(dāng)時(shí)正是出于好奇。等到學(xué)習(xí)的更加深入一些之后，逐漸開始涉足一些比較本質(zhì)性的東西。從光源光譜以上的圖形中可以看出鞏廣的特征譜線的分布。隨著科技的發(fā)展，我們研究的方式越來(lái)越多樣化，手段越來(lái)越先進(jìn)，同時(shí)精度越來(lái)越精準(zhǔn)。我們應(yīng)該多多增加自己對(duì)新式科技的了解。同時(shí)關(guān)注一些前沿的發(fā)展。好多問(wèn)題我們應(yīng)該深入思考，如果我們想的多了，學(xué)到的東西也會(huì)多一些。我們要時(shí)時(shí)刻刻保持一顆好奇心，對(duì)任何問(wèn)題都有一種能夠探索的態(tài)度，多問(wèn)為什么。雖然這一片實(shí)驗(yàn)總結(jié)的東西多為自己搜集的資料的整理，但是通過(guò)整理與查找資料后，自己對(duì)這個(gè)問(wèn)題的任職明顯清晰了很多，在潛移默化中自己的能力就得到了提高。同時(shí)，理論和時(shí)間實(shí)現(xiàn)互結(jié)合的，我們不能放棄理論，但是僅僅依靠理論的推導(dǎo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該將理論應(yīng)用到實(shí)踐中去，而實(shí)驗(yàn)課就為我們提供了這樣一個(gè)很好的的機(jī)會(huì)。我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)中，仍然要注重知行合一，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，達(dá)到我們?cè)囼?yàn)的最初目的，爭(zhēng)取收獲到最多。參考文獻(xiàn)：1蘇小華張加深.幾種常見光源特性的研究J.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2003(3)