光柵單色儀的調(diào)整和使用(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)大物實(shí)驗(yàn))

1、光柵單色儀的調(diào)整和使用 31 80實(shí)驗(yàn)題目：光柵單色儀的調(diào)整和使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤鈻艈紊珒x的原理、結(jié)構(gòu)和使用方法，通過測(cè)量鎢燈、LED和汞燈的光譜了解單色儀的特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)原理：一.光柵單色儀的結(jié)構(gòu)和原理 <200如下圖所示，光柵單色儀由三部分組成：1、光源和照明系統(tǒng)，2、分光系統(tǒng)，3、接受系統(tǒng)。分光系統(tǒng)光源接收系統(tǒng)透鏡圖1 單色儀的組成圖2 光柵單色儀的分光系統(tǒng)S1單色儀的光源有：火焰、 電火花、激光、高低壓氣體燈（鈉燈、汞燈等）、星體、太陽(yáng)等。如下圖所視，當(dāng)入射光與光柵面的法線N 的方向的夾角為f（見圖）時(shí)，光柵的閃耀角為q。取一級(jí)衍射項(xiàng)時(shí)，對(duì)于入射角為f，而衍射角為q時(shí)，光柵方程式為

2、：d(sinfsinq)= l因此當(dāng)f、q一定時(shí)，波長(zhǎng)l與d成正比。幾何光學(xué)的方向?yàn)殚W耀方向，則可以算出不同入射角時(shí)的閃耀波長(zhǎng)，由于幾何光學(xué)方向?yàn)槿肷浣堑扔诜瓷浣堑姆较?，即，所以有，光柵方程式改為?單色儀中等效會(huì)聚透鏡的焦距f=500mm光柵的面積64´64mm2光柵的刻劃密度為1200線/mm二、狹縫寬度縫寬過大時(shí)實(shí)際分辨率下降，縫寬過小時(shí)出射狹縫上得到光強(qiáng)太小。最佳狹縫寬度為：。其中f為拋物鏡的焦距，D是由光柵和拋物鏡的口徑限制的光束的直徑，實(shí)驗(yàn)中f500mm，D=64mm。根據(jù)光學(xué)的理論知識(shí)可知，光柵的特性主要有：譜線的半角寬度、角色散率和光譜分辨本領(lǐng)。根據(jù)光學(xué)的理論知識(shí)可以

3、知道，光柵的特性主要有：譜線的半角寬度、角色散率和光譜分辨本領(lǐng)。理論上它們分別為：式中為光柵的總線數(shù)，在本實(shí)驗(yàn)中為641200=76800，m為所用的光的衍射級(jí)次，本實(shí)驗(yàn)中m=1。實(shí)驗(yàn)中由于光學(xué)系統(tǒng)的象差和調(diào)整誤差，雜散光和噪聲的影響，加上光源的譜線由于各種效應(yīng)而發(fā)生增寬，所以實(shí)際的譜線半角寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值，因此光譜儀的實(shí)際分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于76800。數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理：焦距f=500mm.光柵的面積64´64mm2 光柵的寬度D=64mm，光柵的刻劃密度為1200線/mm,1、最佳狹縫寬度=0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891m=0.86

4、15;500 ×576.96/64 nm=3.876m 2、理論分辨本領(lǐng)R =1×64×1200=76800 m為干涉級(jí)次，這里m=1，N為光柵的總線條數(shù)。相關(guān)數(shù)據(jù)處理:1鈉燈波長(zhǎng)nm加濾波片前的光強(qiáng)加濾波片后的波長(zhǎng)400143304101856042023610443028715244035420145042125546048830947055736348062241949069347450076653651083656652090457553097856654010135305501053484560112843157011933755801263318590

5、130425260013291976101332141620115591630113352640106424650961-3660881-22670797-30680712-42690620-49700551-53測(cè)量濾波片的透過率可見濾波片對(duì)波長(zhǎng)為630nm左右的光透過率最大，大約為0.67. 圖？LED波長(zhǎng)nm光強(qiáng)400-69405-69410-69415-67420-62425-52430-3043516440964452754503984556324608414659554708624756634804604853194852034951165006050517510-9515-315

6、20-43525-52530-57535-61540-64545-666550-67汞燈：試驗(yàn)次數(shù)1231578.9250578.9000578.90002583.2583.2583.2歸峰掃描：試驗(yàn)次數(shù)1231577.3975577.3900577.4450b0.19500.19000.17252579.5200579.5300579.5225b0.18750.18750.1900a2.13752.152.15b0.19050.19000.1725l2-l12.12252.142.0775(l1+l2 )/2578.46578.46578.490.18920.16200.1667R30573

7、5713470測(cè)量汞燈的576.96nm與579.96nm兩條光譜線，并根據(jù)這兩條分立光譜線計(jì)算出單色儀的實(shí)際分辨本領(lǐng)R。利用計(jì)算機(jī)上的“單色儀”應(yīng)用程序，先設(shè)定好當(dāng)前位置和積分時(shí)間，然后利用分段掃描F3測(cè)出a和b，估計(jì)出l1和l2的值。再利用歸峰掃描F5測(cè)出精確的l1和l2的值。ab實(shí)驗(yàn)分析：本實(shí)驗(yàn)為光學(xué)實(shí)驗(yàn)不易分析不確定度，產(chǎn)生誤差的原因有:1.計(jì)算機(jī)掃描時(shí)計(jì)算機(jī)與儀器的初始值對(duì)應(yīng)不完全一致，導(dǎo)致峰值可能不夠精確。2.由于實(shí)驗(yàn)時(shí)周圍光線不穩(wěn)定，使得光強(qiáng)測(cè)的值不完全是準(zhǔn)確值。思考題:1、 說明鎢燈和鈉燈、汞燈光譜的區(qū)別和道理。不同的原子核結(jié)構(gòu)不同,受激發(fā)后躍遷產(chǎn)生的光譜的波長(zhǎng)也就不用一樣.可以作為判斷原子的依據(jù)（特征譜線）2、為什麼狹縫具有最佳寬度？如何求出狹縫的最佳寬度？解:縫寬過大時(shí)實(shí)際分辨率下降，縫寬過小時(shí)出射狹縫上得到光強(qiáng)太小。最佳狹縫寬度為：。其中f為拋物鏡的焦距，D是由光柵和拋物鏡的口徑限制的光束的直徑3、單色儀的理論分辨本領(lǐng)如何計(jì)算？實(shí)際分辨本領(lǐng)如何測(cè)量和計(jì)算？解:理論分辨本領(lǐng)R =1×64×1200=76800 m為干