光柵光譜儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

標(biāo)準(zhǔn)文檔光柵光譜儀的使用學(xué) 號(hào) 2015212822學(xué)生 家梁專業(yè)名稱 應(yīng)用物理學(xué)（通信基礎(chǔ)科學(xué)）所在系（院） 理學(xué)院2017年3 月14日實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔光柵光譜儀的使用家梁實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤鈻殴庾V儀的工作原理。學(xué)會(huì)使用光柵光譜儀。實(shí)驗(yàn)原理1. 光柵光譜儀光柵光譜儀結(jié)構(gòu)如圖所示。光柵光譜儀的色散元件為閃耀光柵。入射狹縫和出射狹縫分別在兩個(gè)球面鏡的焦平面上， 因此入射狹縫的光經(jīng)過(guò)球面鏡后成為平行光入射到光柵上， 衍射光經(jīng)后球面鏡后聚焦在出射狹縫上。光柵可在步進(jìn)電機(jī)控制下旋轉(zhuǎn)，從而改變?nèi)肷浣嵌群徒K聚焦到出射狹縫處光線的波長(zhǎng)?？刂迫肷涔庠吹牟ㄩL(zhǎng)圍，確保衍射光無(wú)級(jí)次重疊，可通過(guò)控制光柵的角度唯一確定出射光的波長(zhǎng)。光譜儀的光探測(cè)器可以有光電管、光電倍增管、硅光電管、熱釋電器件和 CCCD等多種，經(jīng)過(guò)光柵衍射后，到達(dá)出射狹縫的光強(qiáng)一般都比較弱，因此本儀器采用光電倍增管和CCD來(lái)接收出射光。2. 光探測(cè)器光電倍增管是一種常用的靈敏度很高的光探測(cè)器， 它由光陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、 倍增系統(tǒng)及陽(yáng)極組成，并且通過(guò)高壓電源及一組串聯(lián)的電阻分壓器在陰極──打拿極 (又稱“倍增極”)──陽(yáng)極之間建立一個(gè)電位分布。光輻射照射到陰極時(shí)，由于光電效應(yīng)，陰極發(fā)射電子，把微弱的光輸入轉(zhuǎn)換成光電子； 這些光電子受到各電極間電場(chǎng)的加速和聚焦， 光電子在電子光學(xué)輸入系統(tǒng)的電場(chǎng)作用下到達(dá)第一倍增極， 產(chǎn)生二次電子，由于二次發(fā)射系數(shù)大于1，電子數(shù)得到倍增。以后，電子再經(jīng)倍增系統(tǒng)逐級(jí)倍增，陽(yáng)極收集倍增后的電子流并輸出光電流信號(hào)，在負(fù)載電阻上以電壓信號(hào)的形式輸出。實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔CCD是電荷耦合器件的簡(jiǎn)稱，是一種金屬—氧化物—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的新型器件，在電路中常作為信號(hào)處理單元。對(duì)光敏感的CCD常用作圖象傳感和光學(xué)測(cè)量。由于CCD能同時(shí)探測(cè)一定波長(zhǎng)圍的所有譜線，因此在新型的光譜儀中得到廣泛的應(yīng)用。閃耀光柵在光柵衍射實(shí)驗(yàn)中，我們了解了垂直入射時(shí)（Φ =90°）光柵衍射的一般特性。當(dāng)入射角Φ=90°時(shí)，衍射強(qiáng)度公式為光柵衍射強(qiáng)度仍然由單縫衍射因子和多縫衍射因子共同決定，只不過(guò)此時(shí)當(dāng)衍射光與入射光在光柵平面法線同側(cè)時(shí)，衍射角θ?。?hào)，異側(cè)時(shí)?。?hào)。單縫衍射中央主極大的條件是 u=0，即sinΦ=-sin或θΦ=θ。將此條件代入到多縫干涉因子中， 恰好滿足v＝0，即 0級(jí)干涉 大條件。這表明單縫衍射中央極大與多縫衍射 0級(jí)大位置是重合的（圖 9.1a），光柵衍射強(qiáng)度 大的峰是個(gè)波長(zhǎng)均不發(fā)生散射的 0級(jí)衍射峰，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。而含有豐富信息的高級(jí)衍射峰的強(qiáng)度卻非常低。為了提高信噪比，可以采用鋸齒型的反射光柵（又稱閃耀光柵）。閃耀光柵的鋸齒相當(dāng)于平面光柵的“縫”。與平面光柵一樣，多縫干涉條件只取決于光柵常數(shù)，與鋸齒角度、形狀實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔無(wú)關(guān)。所以當(dāng)光柵常數(shù)及入射角與平面光柵一樣時(shí)，兩者 0級(jí)極大的角度也一樣。閃耀光柵的溝槽斜面相當(dāng)于單縫，衍射條件與齒面法線有關(guān)。 ，中央極大的衍射方向與入射線對(duì)稱于齒面法線N，于是造成衍射極大與0級(jí)干涉極大方向不一致。適當(dāng)調(diào)整光柵參數(shù)，可以使光柵衍射的某一波長(zhǎng)強(qiáng)峰發(fā)生在1級(jí)或其它高級(jí)干涉極大的位置。圖是平面光柵和閃耀光柵衍射各級(jí)譜線強(qiáng)度示意圖。閃耀光柵是許多光柵光譜儀中采用的色散器件。實(shí)驗(yàn)步驟粗調(diào)狹縫寬度。不打開(kāi)光譜儀控制箱電源，取下入射狹縫前的光源，調(diào)節(jié)入射狹縫的縫寬，直接觀察狹縫寬度的改變。先順時(shí)針調(diào)節(jié)，觀察狹縫寬度逐漸增大，然后減小狹縫寬度至狹縫剛好完全關(guān)閉。 后，調(diào)節(jié)縫寬至約 0.50mm。同樣，調(diào)節(jié)出射狹縫至 0.5mm。注意，出射狹縫后掛接著光電倍增管，光電倍增管只能接收微弱光強(qiáng)，不可在室照明強(qiáng)度下使用，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可取下光電倍增管。尋找狹縫的零點(diǎn)誤差。狹縫寬度由微分頭調(diào)節(jié)，存在零點(diǎn)誤差，我們可通過(guò)實(shí)際現(xiàn)象來(lái)判斷。打開(kāi)光譜儀電源控制箱和計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)光譜儀軟件。將溴鎢燈安裝到入射狹縫處（燈的前端接口與狹縫是配套的，可直接掛上），打開(kāi)溴鎢燈電源，調(diào)節(jié)電流至大。調(diào)節(jié)負(fù)高壓至300V，設(shè)在軟件“參數(shù)設(shè)置”中選擇工作模式為“能量”，間隔1.00nm，工作圍（即起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)）為200-660nm，采集次數(shù)為25，其它參數(shù)不變。點(diǎn)擊菜單“定點(diǎn)”按鈕，彈出的對(duì)話框中設(shè)置波長(zhǎng)（500nm）和掃描時(shí)間（60s），設(shè)置后儀器將自動(dòng)掃描至500nm處連續(xù)測(cè)量光強(qiáng)，60秒后停止。在掃描過(guò)程中，分別調(diào)節(jié)入射和出射狹縫，可即時(shí)看到出射光強(qiáng)的變化。保持出射狹縫0.50mm不變，減小入射狹縫，使光強(qiáng)剛好減小至零（或小到不變，光強(qiáng)一般至少小到10以下），此臨界位置即為入射狹縫的零點(diǎn)。同樣，調(diào)節(jié)入射狹縫至0.50mm并保持不變，逐漸減小出射狹縫，使光強(qiáng)剛好減小至零（或小到不變），此臨界位置即為出射狹縫的零點(diǎn)。記錄零點(diǎn)誤差。用鈉燈雙黃線校正光譜儀。點(diǎn)亮鈉燈，使其對(duì)準(zhǔn)入射狹縫，調(diào)節(jié)入射狹縫為0.40mm，出射狹縫為0.20mm，工作圍580-600nm，間隔0.01nm，負(fù)高壓約300V，選擇寄存器1）。點(diǎn)擊“單程”開(kāi)始掃描，掃描結(jié)束后，如果譜線的最大值小于 200或者大于 950，則適當(dāng)實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔增大或減小負(fù)高壓（以后所有的譜線都要滿足這個(gè)條件，不再贅述） ，再次掃描。得到合適的譜線后，用軟件的自動(dòng)或半自動(dòng)尋峰功能找到兩條譜線， 并與理論值比較， 如果誤差超過(guò)1nm，則用軟件的修正功能予以修正。量高壓汞燈光譜（入射狹縫為0.40mm，出射狹縫為0.20mm，200-630nm，間隔0.1nm，負(fù)高壓與鈉燈相當(dāng)，選擇寄存器 2），尋峰，記錄波長(zhǎng)和相對(duì)光強(qiáng)。與理論值比較，作標(biāo)準(zhǔn)值－測(cè)量值曲線圖，并得出光譜儀的波長(zhǎng)修正公式；測(cè)量氫（或者氫氘）原子光譜。氫燈燈管很細(xì)，注意盡量對(duì)準(zhǔn)狹縫，負(fù)高壓預(yù)設(shè)600V，如沒(méi)有譜線，應(yīng)左右移動(dòng)氫燈使其對(duì)準(zhǔn)狹縫再測(cè) （分三段測(cè)量，650-660nm，480-500nm，380-440nm，間隔 0.01nm，分別選擇寄存器 3、4、5），尋峰，記錄波長(zhǎng)和相對(duì)光強(qiáng)，由上一步得到的修正公式計(jì)算實(shí)際的波長(zhǎng)和里德伯常數(shù)，并與理論值比較；實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)出射狹縫的零點(diǎn)：0.185mm入射狹縫的零點(diǎn)：-0.019mm鈉光燈校正光譜儀的波長(zhǎng)：校正前校正后實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔高壓汞燈光譜：尋峰所得數(shù)據(jù)：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔氫原子光譜：380nm-440nm：480nm-500nm：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔650nm-660nm：6.溴鎢燈濾色片透過(guò)率曲線：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔數(shù)據(jù)處理1.用汞光燈譜數(shù)據(jù)，作λ 理—λ散散點(diǎn)圖，擬合并得到曲線公式2.作濾色片的透過(guò)率曲線實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)作為這學(xué)期的第一次實(shí)驗(yàn)，難度算一般，唯一的缺點(diǎn)在于本次實(shí)驗(yàn)比較費(fèi)時(shí)間，而且反復(fù)性較強(qiáng)，一次成功比較難， 故需要有一定耐心。 這次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)使用了光柵光譜儀并且對(duì)光譜有了一定的了解，并且了解了光柵光譜儀的原理，在數(shù)據(jù)處理上 origin lab的使用還不夠熟練，需要探索并做到使用流暢，總之本