單色儀(北京科技大學(xué)物理實驗報告)

1、.北京科技大學(xué)實驗報告單色儀實驗?zāi)康模?1) 了解單色儀的結(jié)構(gòu)原理，學(xué)會使用平面光柵單色儀。(2) 測量平面光柵單色儀的分辨本領(lǐng)。(3) 利用單色儀測量干涉濾光片的光譜透射率曲線。實驗儀器：平面光柵單色儀、汞燈、鎢燈、聚光燈、測試儀、光電倍增管、干涉濾光片等。實驗原理：1. 平面光柵單色儀的結(jié)構(gòu)原理光學(xué)系統(tǒng)主要由以下三部分組成：（1）入射準(zhǔn)直部分由入射狹縫S1和拋物凹面鏡M1組成，用以產(chǎn)生適用于光柵衍射的平行光束。（2）色散系統(tǒng)平面光柵G構(gòu)成色散系統(tǒng)，達(dá)到分光以后產(chǎn)生各種波長單色光的要求。（3）出射聚焦系統(tǒng)由拋物凹面反射鏡M1、平面反射鏡M2和狹縫S2組成。由光柵色散系統(tǒng)產(chǎn)生的單色光經(jīng)由M1和

2、M2反射作用后會聚至出射狹縫S2，產(chǎn)生窄光束的單色光。2.單色儀主機電路儀器主機內(nèi)主要是步進電動機信號發(fā)生器電路，用來控制步進電動機的轉(zhuǎn)動。3. 光電倍增管及測光儀廣電倍增管是把微弱的輸入光轉(zhuǎn)換成電子，并使電子數(shù)獲得倍增的電真空器件。當(dāng)光信號強度發(fā)生變化時，陰極發(fā)射出的光電子數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，由于各倍增極因子基本保持常數(shù)，所以陽極電流亦隨光信號的變化而變化。4. 濾光片濾光片對不同波長的投射能力不一樣。當(dāng)波長為，光強I0()的單色光垂入射在濾光片上時，透過濾光片的光強若為IT()，我們定義其光譜透射率為若以白光為光源，出舍得單色光所產(chǎn)生的光電流與入射光光強、單色儀的光譜透射率和光電器件的光譜響

3、應(yīng)率成正比，即：現(xiàn)將光譜投射儀為的濾光片插入光路，放置在入射狹縫之前，在光電流變?yōu)椋核裕簩嶒瀮?nèi)容與測量：1 分辨能力的測量：分辨能力的測量只涉及汞燈的兩條黃譜線，因此，應(yīng)該從兩譜線的外側(cè)開始掃描，途徑兩譜線的峰值，終止與另一譜線的外側(cè)外側(cè)。2 測量濾光片的透射率：不加濾光片，開啟掃描開關(guān)，從280nm開始正向自動掃描，至660nm止，觀察光強的最大值在哪一波長附近，大小如何。如果光強值不符合要求，掃描至光強最大值的附近，進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，是的最大光強接近100。1. 分辨能力的計算測量數(shù)據(jù)如下：光強隨波長的變化關(guān)系表波長/nm光強波長/nm光強波長/nm光強576.4-15781579.630

4、3576.5-1578.10579.7329576.6-1578.20579.8324576.7-1578.30579.9166576.8-1578.4058018576.90578.50580.125770578.60580.21577.12578.70580.30577.25578.80580.40577.332578.90580.50577.42185791580.60577.5319579.12580.70577.6334579.23580.80577.7317579.36580.90577.8114579.4205810577.97579.5155581.10由上表所示的數(shù)據(jù)畫成散點

5、圖如下所示：讀圖可知：a=579.72-577.60=2.12nm b=577.68-577.39=0.29nm由公式：式中，取2.1nm。可得：故該系統(tǒng)的分辨能力為：0.287nm2. 計算濾光片的折射率。從測量中可以得出：分別在不放濾光片和放濾光片以后的測量數(shù)據(jù)如下所示：/nm未放濾光片放了濾光片T()/nm未放濾光片放了濾光片T()280600.0.405 300600.0.352 320700.0.290 340810.125 470171270.158 3501020.200 480189110.058 3601240.333 50022120.009 3701770.412 520

6、23710.004 39028170.607 54024910.004 40038240.632 56025710.004 41051320.627 58025510.004 42067410.612 60024710.004 43083480.578 62023410.004 43595510.537 64020710.005 440108540.500 66017810.006 445121550.455 表中T()的計算公式為：在實際測量過程中，沒有光照射時的光電流為-3uA，上表中的數(shù)據(jù)時經(jīng)過修正以后得到數(shù)據(jù)?？傻玫饺缦碌耐干渎是€： 由圖可知，中心波長:通帶半寬度:峰值透射率:該濾光片更適合透過波長400nm左右的光。由于通帶半寬度為100nm左右，所以該濾光片的單色性不好。實驗總結(jié)：1. 分光系統(tǒng)既有優(yōu)點同時也有缺點。系統(tǒng)通過入射部分、色散系統(tǒng)、出射聚焦系統(tǒng)這三部分把不同頻率的光分開，實現(xiàn)了對光的分解，此為它的優(yōu)點。在它分解光的時候由于自身分辨本領(lǐng)的限制，因而對于光波長差別不大的兩束光的分辨能力較差。2. 對于汞燈我們可以從圖像中得知，輻射出的兩種頻率光的強度差別不大，而在此兩束光之間的頻率部分不存在其它光的輻射。這就說明了汞燈中的汞蒸氣的電子在躍遷的時候會輻射出上述的兩種光子，但是不會產(chǎn)生在這兩種光子頻率之間的其它光子。3. 濾光片對自然光的過濾左右不能得到