稱為光柵單色儀

會(huì)計(jì)學(xué)1稱為光柵單色儀內(nèi)容介紹摘要實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)第1頁(yè)/共26頁(yè)摘要

光學(xué)多通道分析器（OpticalMultichannelAnalyzer）簡(jiǎn)稱OMA，是一種采用多通道快速檢測(cè)和顯示微弱光譜信號(hào)的電子光學(xué)儀器。它能方便地給出各種待測(cè)光譜的光譜曲線和光譜數(shù)據(jù)，可用于快速光譜分析及各種光譜研究。光學(xué)多通道分析器是由光學(xué)多色儀、并行檢測(cè)器及其控制器和數(shù)據(jù)處理臺(tái)（專用的微型電子計(jì)算機(jī)及其輸出顯示用的熒光屏）等三大部分組成。第2頁(yè)/共26頁(yè)第3頁(yè)/共26頁(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握定量測(cè)定汞燈光譜、鈉原子光譜的方法。（2）熟悉多功能光柵光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。（3）了解掃描式光柵光譜儀與光學(xué)多道光柵光譜儀之間的差別。第4頁(yè)/共26頁(yè)本實(shí)驗(yàn)采用的是WGD-6光學(xué)躲到分析器

組成：光柵單色儀、CCD接收單元、掃描系統(tǒng)電子放大鏡、A/D采集單元和

計(jì)算機(jī)組成。第5頁(yè)/共26頁(yè)實(shí)驗(yàn)原理在一塊透明的光學(xué)玻璃平板上刻有大量的相互平行、等寬等間距的刻痕，構(gòu)成光柵。光柵可分為透射光柵、平面反射光柵等。本實(shí)驗(yàn)采用平面反射光柵。光柵方程為：

式中d是光柵常數(shù)，λ是入射光波長(zhǎng)，k是衍射級(jí)次，θ為衍射角。一、光學(xué)系統(tǒng)第6頁(yè)/共26頁(yè)光柵光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)是單色儀，如下圖：圖2-1光學(xué)原理圖M1:反射鏡、M2:準(zhǔn)光鏡、M3:物鏡、M4:轉(zhuǎn)鏡、G:平面衍射光柵、S1:入射狹縫、S2:CCD接收位置、S3:觀察窗（或出射狹縫）S1M2M1M3S2GM4S3S2S1M2M3GM1M4S2S3第7頁(yè)/共26頁(yè)復(fù)色入射光進(jìn)入狹縫S1后，經(jīng)M1鏡變成復(fù)色平行光照射到光柵G上，經(jīng)光柵色散后，形成不同波長(zhǎng)的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2鏡將照射到它上面的某一波長(zhǎng)的光聚集在出射狹縫S2上，再由S2后面的光電探測(cè)器記錄該波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。第8頁(yè)/共26頁(yè)光柵G安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上，當(dāng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，就將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)依次聚焦到出射狹縫上，當(dāng)光探測(cè)器記錄不同光柵旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的輸出光信號(hào)強(qiáng)度，即記錄了光譜。這種光譜儀通過(guò)輸出狹縫選擇特定的波長(zhǎng)進(jìn)行記錄，稱為光柵單色儀。第9頁(yè)/共26頁(yè)CCD傳感器是WGD-6型光學(xué)多通道分析器數(shù)據(jù)采集部分的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，它的作用是將衍射光譜轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。CCD全稱電荷耦合器件(Charge—Coupled

Device)是一種以電荷量表示光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的新型器件。二、CCD傳感器第10頁(yè)/共26頁(yè)CCD結(jié)構(gòu)圖CCD的工作過(guò)程是：當(dāng)CCD受到光照后，各個(gè)CCD單元內(nèi)貯存的電荷量與它的曝光量成正比；若給它施加特定時(shí)序的脈沖，其內(nèi)部單元存貯的信號(hào)電荷便能在CCD內(nèi)作定向傳輸、實(shí)現(xiàn)自掃描，進(jìn)而將由光照感生的電荷依次傳送出去。第11頁(yè)/共26頁(yè)三、A/D轉(zhuǎn)換器WGD-6型光學(xué)多通道分析器數(shù)據(jù)采集部分的另一個(gè)作用是將線陣CCD輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)，并存儲(chǔ)在外部RAM中。這樣數(shù)據(jù)就成為計(jì)算機(jī)能夠讀取的有效數(shù)據(jù)了。第12頁(yè)/共26頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）準(zhǔn)備工作開(kāi)機(jī)之前檢查連線是否接好。將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于工作位置，用CCD接受，將扳手放在“CCD”檔；要觀察譜線，可將旋鈕置于“觀察檔”；將入射狹縫、出射狹縫寬度都調(diào)至0.1mm左右；將USB接口連接計(jì)算機(jī)和儀器。第13頁(yè)/共26頁(yè)（2）測(cè)量（以汞燈為例）（1）擺放好Hg燈，使光源聚集在單色儀的縫上，適當(dāng)調(diào)節(jié)狹縫的寬度，但是必須使縫寬在0.2～2mm的范圍內(nèi)，不可超過(guò)2mm以免損壞儀器。（2）打開(kāi)CCD的電源，再打開(kāi)計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)上相應(yīng)的光學(xué)多道分析軟件。第14頁(yè)/共26頁(yè)3）設(shè)置中心波長(zhǎng)為500nm（中心波長(zhǎng)的調(diào)整過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)緩慢調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)都應(yīng)當(dāng)在上一次調(diào)節(jié)生效之后），按下“實(shí)時(shí)采集”按鍵，采集Hg的特征譜線。根據(jù)Hg光譜的尖銳程度，適當(dāng)調(diào)整光源和透鏡的位置，以及狹縫的大小。第15頁(yè)/共26頁(yè)（4）得到較尖銳的光譜后，點(diǎn)擊工具欄下的“停止”，實(shí)時(shí)采集完畢。將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到觀察窗，打開(kāi)CCD的遮光蓋，觀察衍射光譜?？梢钥吹揭坏缽?qiáng)綠光和兩道黃光對(duì)照。Hg有435.84nm、546.07nm、576.96nm和579.0nm四條特征譜線，由于在計(jì)算機(jī)上所能反映的光譜帶寬為150nm-200nm之間，中心波長(zhǎng)為550nm。讀取三條尖銳光譜的位置數(shù)組，做差，根據(jù)其差值比，及觀察窗查看到的光線顏色，可以確定三條光譜為546.07nm,576.96nm,579.07nm這三條特征譜線。第16頁(yè)/共26頁(yè)（5）確定了特征譜線之后，利用這幾條特征譜線進(jìn)行定標(biāo)，將橫坐標(biāo)的道數(shù)轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)顯示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用手動(dòng)定標(biāo)，在“數(shù)據(jù)處理”中選擇“手動(dòng)定標(biāo)”，選定546.07nm的譜線，按回車鍵，輸入譜線波長(zhǎng)，按“下一點(diǎn)”之后選定579.07nm的譜線，按回車鍵，輸入譜線波長(zhǎng)，點(diǎn)擊“定標(biāo)”后選擇線性定標(biāo)后，計(jì)算機(jī)就根據(jù)Hg的特征譜線來(lái)完成定標(biāo)，將橫坐標(biāo)的道數(shù)顯示轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)顯示。第17頁(yè)/共26頁(yè)（6）測(cè)量納光以及其他幾種的波長(zhǎng)，將Hg燈光源換為其他光源，采集同一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的待測(cè)光的光譜，在完成實(shí)時(shí)采集之后，對(duì)光譜圖進(jìn)行尋峰。第18頁(yè)/共26頁(yè)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖所示選取恰當(dāng)?shù)闹行牟ㄩL(zhǎng)后，通過(guò)讀取三條尖銳光譜的位置數(shù)組，做差，根據(jù)其差值比，及觀察窗查看到的光線顏色，確定三條光譜為546.07nm,576.96nm,579.07nm這三條特征譜線。第19頁(yè)/共26頁(yè)定標(biāo)，選取波長(zhǎng)為546.07nm和579.07nm的兩個(gè)峰，得到定標(biāo)公式第20頁(yè)/共26頁(yè)得到鈉雙線波長(zhǎng)588.93nm、589.55nm與實(shí)際測(cè)量值589.0nm、589.60nm極為接近。第21頁(yè)/共26頁(yè)注意事項(xiàng)狹縫可調(diào)范圍為0~2mm，每旋轉(zhuǎn)一周狹縫寬度變化0.5mm，平時(shí)不能置于0或2mm，應(yīng)當(dāng)調(diào)至0.1mm~0.5mm。鈉燈不能離入射光孔太近。第22頁(yè)/共26頁(yè)實(shí)驗(yàn)總結(jié)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到了許多問(wèn)題，究其原因主要就是因?yàn)閷?duì)實(shí)驗(yàn)儀器的了解不夠以及對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的掌控不到位。最大的問(wèn)題出現(xiàn)在最后一步對(duì)鈉光燈波譜的尋峰過(guò)程當(dāng)中，在前幾次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，雖然雙線的波長(zhǎng)也可以得到，但每次都不止兩個(gè)波峰，會(huì)有其他一些無(wú)用的波峰，在假使我們不知道鈉雙線波長(zhǎng)的情況下，也就是實(shí)驗(yàn)假定情況下，我們是不能從中分辨出哪兩個(gè)峰是我們需要的。第23頁(yè)/共26頁(yè)后來(lái)發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題就出在背景記憶這里，因?yàn)槲覀兠看斡糜^察窗觀看光譜時(shí)，為了看清楚一些，都會(huì)關(guān)掉一