光栅光谱仪实验讲义
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告光栅光谱仪是一种常用的光谱仪器，能够将光信号分解成不同波长的光谱线，并对其进行精确测量。
本实验旨在通过使用光栅光谱仪，对不同光源的光谱进行测量和分析，以及了解光谱仪的基本原理和使用方法。
实验步骤：1. 实验仪器准备，将光栅光谱仪放置在稳定的台面上，并连接电源、光源和计算机等设备。
2. 光源选择，选择不同类型的光源，如白炽灯、氢氖激光等，并依次对其进行测量。
3. 光谱测量，打开光栅光谱仪软件，选择相应的测量模式，对所选光源进行光谱测量，并记录下光谱数据。
4. 数据分析，利用软件对测得的光谱数据进行分析，包括波长、强度等参数的测量和计算。
实验结果：通过实验测量和分析，我们得到了不同光源的光谱数据，并对其进行了初步的分析。
例如，白炽灯的光谱呈连续光谱，而氢氖激光的光谱则呈现出明显的谱线特征。
通过对光谱数据的分析，我们可以了解到不同光源的发光特性和光谱分布规律。
实验总结：本次实验通过使用光栅光谱仪，对不同光源的光谱进行了测量和分析，增强了我们对光谱仪器的理解和使用能力。
同时，通过实验数据的分析，我们也对不同光源的发光特性有了更深入的了解。
在今后的实验和研究中，光栅光谱仪将会是一个重要的实验工具，帮助我们更好地理解光谱学的相关知识和应用。
结语：光栅光谱仪作为一种重要的光谱仪器，在科研和实验中具有重要的应用价值。
通过本次实验，我们对光栅光谱仪的基本原理和使用方法有了更深入的了解，这将为今后的研究和实验工作打下坚实的基础。
希望通过不断的实践和学习，我们能够更好地运用光谱仪器，为科学研究和技术发展做出更大的贡献。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告实验报告：光栅光谱仪实验1.引言：光谱是科学家们通过光的分光现象得到的一种物体结构与性质的重要信息。
光栅光谱仪是一种用于分析光的波长和颜色的仪器。
本实验的主要目的是通过光栅光谱仪对不同光源的光进行分析，了解光栅光谱仪的原理和使用方法。
2.实验原理：光栅光谱仪的工作原理是光栅的光栅方程：nλ = d sinθ，其中n 为衍射阶数，λ为光波长，d为光栅常数，θ为衍射角。
根据光谱的连续性，光栅衍射光谱呈现出一系列彩色条纹，根据谱线的位置可以得到光的波长信息。
3.实验步骤：(1)实验器材准备：光栅光谱仪、光源、白纸、标尺等；(2)调整仪器：将光栅光谱仪上的刻度盘调整到合适位置，并使用标尺确定距离；(3)实验记录：将白纸放在光栅光谱仪后方，打开光源，调整仪器使得谱线清晰可辨；(4)测量谱线位置：将谱线的位置与刻度盘上的刻度对应，记录下谱线的位置；(5)数据分析：根据光栅方程计算出样品的波长。
我们使用Hg灯、Na灯和未知样品光等三种光源进行了实验测量。
根据测量结果，我们得到了Hg灯、Na灯和未知样品光的谱线位置，并计算得到了它们的波长。
具体结果如下表所示：光源，谱线位置 (刻度) ，波长 (nm)---------，---------------，-----------Hg灯，35，435.8Hg灯，41，546.1Hg灯，49，578.0Na灯，45，589.0Na灯，50，589.6未知样品光，37，469.45.结果分析：根据实验结果，我们可以发现Hg灯的谱线位置分别为35、41和49，对应的波长分别为435.8、546.1和578.0纳米。
Na灯的谱线位置为45和50，对应的波长为589.0和589.6纳米。
而未知样品光的谱线位置为37，对应的波长为469.4纳米。
6.实验误差分析：在实验中，可能存在的误差主要来自于读数误差、仪器调整不准确等因素。
我们尽量减小这些误差，但还是难以完全避免。
如何进行光栅光谱实验
如何进行光栅光谱实验光栅光谱实验是研究光的性质和光谱特性的重要手段之一。
通过光栅光谱仪，我们可以获得物质样品的光谱信息，进而研究物质的成分、结构和性质。
本文将介绍光栅光谱实验的基本原理、实验操作步骤和注意事项。
一、实验原理光栅光谱实验基于光的干涉和衍射原理，通过光栅的周期性结构，将入射光分散成不同波长的光束，形成光谱。
光栅的光谱分辨率取决于刻线间距以及入射光的波长范围。
光栅光谱实验的基本原理可归纳为以下几点：1. 光栅方程：光栅方程是描述光栅衍射现象的基本关系式。
它用来计算不同波长光的衍射角度，从而分离光谱。
2. 光栅常数：光栅常数是光栅上相邻两条刻线之间的距离，它直接决定了光栅的分辨能力。
3. 入射角和衍射角：光栅实验中，入射光线与光栅平面的夹角称为入射角，而光栅衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。
二、实验操作步骤进行光栅光谱实验需要一定的实验装置和光源。
以下是一般的操作步骤：1. 准备实验装置：将光源、光栅、狭缝等组件依次安装在光谱仪或者导轨上。
确保光源和光栅之间的距离适当。
2. 调整入射角：用转角仪或者倾斜支架调整光线入射角，使得光线尽量垂直于光栅。
3. 调整衍射角：通过转动整个装置或转动调节器调整光线的衍射角度，使得所需的光谱线能够尽量清晰地显示出来。
4. 观察和记录：将光谱仪的接收器与示波器或者数据采集系统连接，观察光谱线的强度和位置。
同时记录实验条件，包括入射角、衍射角、光栅常数等。
5. 分析光谱线：根据实验结果，利用光栅方程计算出不同光谱线的波长，并与已知的标准光谱进行对比和分析。
三、注意事项在进行光栅光谱实验时，需要注意以下事项：1. 光源选择：选择合适的光源，例如白炽灯、LED或者激光器，保证光源的稳定性和连续性。
2. 光栅选择：根据实验需求选择合适的光栅，包括刻线间距、光栅常数等。
3. 实验环境：保持实验室环境的稳定性和干净度，避免灰尘等杂质对实验结果的影响。
4. 准确测量：使用准确的测量仪器，如转角仪、示波器等，确保实验数据的准确性。
如何使用光栅光谱仪测量光波长
如何使用光栅光谱仪测量光波长光谱是研究物质内部结构和性质的重要手段之一。
而测量光谱的波长则是光谱分析的关键步骤之一。
光栅光谱仪是一种常用的测量光波长的设备，本文将介绍如何使用光栅光谱仪进行光波长的测量。
一、光栅原理光栅光谱仪利用光栅的衍射原理测量光波长。
光栅是由等距离的平行光线组成的一条道，道与道之间的间距称为光栅常数。
当光波照射到光栅上时，会发生衍射现象，光波将根据入射角和光栅常数的关系衍射成不同的角度。
测量光栅上不同衍射角度对应的光波长就可以得到光谱。
二、实验准备在进行光波长测量之前，我们需要准备一台光栅光谱仪和一束需要测量波长的光源。
通常情况下，我们会选择使用氢气放电管或氩气离子激光器作为光源，这些光源具有明确的波长和较高的光强。
三、调整仪器在测量之前，我们需要先调整光栅光谱仪的设置。
首先，将光栅光谱仪放置在一个稳定的光学台上，并使其与光源保持一定的距离。
然后，根据需要选择合适的狭缝宽度和入射角度。
狭缝宽度决定了接收到的光强度，过宽或过窄都会影响测量的准确性；而入射角度则影响光波的衍射方向和角度。
四、测量光谱调整好仪器后，我们可以开始进行光波长的测量了。
首先，打开光栅光谱仪的电源，并让其预热一段时间。
接下来，将光源对准光栅光谱仪的入射口，并根据光源的强度调整仪器的增益和曝光时间，使得接收到的光信号处于合适的范围内。
然后，通过调节光栅的倾角和位置，使得光谱在光栅上形成清晰的衍射图案。
可以通过观察不同波长的光线在不同位置的衍射角度，来测量波长。
在实际操作中，常常需要使用一个标准样品来校准光栅光谱仪，以确保测量结果的准确性。
五、数据处理测量完成后，我们需要对测得的光谱数据进行处理。
一般情况下，光栅光谱仪会提供一个软件界面，可以将测得的光强和角度数据转化为波长数据。
如果使用的仪器没有提供相应的软件，我们可以使用一些数据处理软件，如Excel或Python进行数据处理。
通过插值和拟合等方法，可以得到较为准确的光谱波长数据。
光栅光谱仪的使用技巧与实验操作指南
光栅光谱仪的使用技巧与实验操作指南引言：光谱分析技术在科学研究和实际应用中起着重要作用。
而光栅光谱仪作为一种常用的光谱仪器，具有高分辨率、宽波长范围等优势。
本文将介绍光栅光谱仪的使用技巧和实验操作指南，帮助读者更好地掌握这一仪器的使用。
一、仪器介绍光栅光谱仪是一种基于光栅原理的光谱仪器，它能够将光信号分解成不同波长的成分。
光栅光谱仪主要由入射口、光栅、检测器等组成。
其中，光栅是光谱仪的核心部件，通过光栅的光栅常数和刻槽数目，可以决定光栅光谱仪的分辨率和波长范围。
二、准备工作在进行实验前，需要做一些准备工作。
首先，确保光栅光谱仪的仪器状态良好，没有损坏或杂质。
其次，检查仪器的连接线是否牢固，仪器的电源是否正常。
最后，需要根据实验需求选择合适的光源和样品。
三、调整仪器在开始实验之前，需要先调整光栅光谱仪的参数。
1. 调整焦距：通过调节仪器上的焦点调节器，使得光源能够聚焦在光栅上，保证信号清晰稳定。
2. 调整光栅角度：通过调节光栅仪器上的角度调节器，使得入射光束与光栅平行进入光栅，以获得最佳的光谱效果。
3. 调整入射光口：根据实验需求，调整入射光口的大小和位置，以保证光源能够尽量均匀地照射到样品上。
四、实验操作在调整仪器参数之后，可以开始进行实验操作了。
以下是一些常见的实验操作指南。
1. 测量光源的光谱：将光源放置在仪器的入射口前，调整仪器的参数，如曝光时间、增益等，以获取光源的光谱信息。
可以通过观察光谱的形状和峰值，分析光源的波长范围和强度分布。
2. 测量样品的光谱：将样品放置在入射口前，调整仪器的参数，通过观察样品的光谱，可以分析样品中各组分的波长和浓度分布情况。
此外，在测量样品光谱前，可以使用参比物进行校正，以提高测量的准确性。
3. 光谱数据的分析：在得到光谱数据后，可以使用专业的光谱数据处理软件对数据进行分析。
例如，可以进行光谱峰位和峰高的测量，通过峰位和峰高的变化，可以判断样品中各组分的存在和浓度变化情况。
光栅光谱仪试验讲义-浙江大学光电科学与工程学院
光栅光谱仪实验浙江大学光电信息工程实验中心一 实验目的1、了解光栅的分光原理及主要特性；2、了解光栅光谱仪的工作原理；3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法；二 实验仪器1、低压汞灯及电源：发光波长404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm ；2、透镜及固定调节架2个：（焦距f=45mm ，口径38mm ；焦距f=190mm ，口径38mm ）；3、狭缝及固定调节架1个：0~2mm ；4、光栅及固定调节架1个：光栅自制；5、USB 接口摄像头及固定调节架1个；6、计算机及软件；三 实验原理衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，它的记录介质多采用光致抗蚀剂，一般用激光器作光源，可产生每毫米几千条对的空间频率的光栅，并且通过曝光和显影，直接得到浮雕型的正弦透射光栅。
相邻刻线的间距d 称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。
当平行光入射到一块平面衍射光栅时，让衍射光波经过一透镜，则在透镜焦平面上得到光栅的夫琅和弗衍射图象，见图一。
如果光源是平行于光栅刻痕的狭缝光源发出的准单色光，则衍射花样是一些分立的亮线（亮条纹）。
图一 光栅衍射图亮纹位置满足如下条件——光栅方程式2,1,0,)sin (sin ±±==±m m i d m λθ (1)式中，d 为光栅常数，d=a+b ， 在可见光范围内，d 一般在1/1000～1/500mm 之间。
m θ为第m 级亮纹对应的衍射角，λ为入射光波长，i 为入射平行光对光栅面的入射角，m 为多缝干涉主极大级数。
入射光处于光栅面法线同侧的亮条纹时上式中取正号；异侧时取负号。
光栅上的每一条缝的单缝衍射在θ方向上P 点产生一个光振动，N 条缝在P 点产生的N 个光振动的振幅相同，他们的相干叠加决定了P 点的光强，光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的总效果。
亮纹（主极大）中心位置满足光栅方程中m ＝0，（θ＝0）时，dsinθ＝0为中央明纹中心。
光栅光谱仪的使用实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：光栅光谱仪的使用图1 光谱图图3 实验光路图4 实验仪器结果光谱仪的实验光路如图3所示。
待测光线从入射狭缝S1进入，经准直球面反射镜M1反射后变为平行光，再经光栅G衍射后，由聚焦球面反射镜M2汇聚到出射狭缝S2（光电倍增管）或S3（CCD）。
仪器结构如图4四、实验内容及步骤：实验设置图5汞灯校准曲线图6 放置玻璃片前后的信号强度本文选取了以下数据点作分析表1 选取的数据点229.7 344.1 517.8 66 218 1491 50681293229.7nm 的数据为例计算透过率放置玻璃前的信号强度−放置玻璃后的信号强度放置玻璃前的信号强度=66−5066=0.24 同理可得剩余数据点透过率表2 选取的数据点的透过率229.7 344.1 517.8 0.240.690.13可以发现随着波长的变大，钨灯的透过率由小变大，然后再由大变小，最后稳定在0.12左右。
放置玻璃片前放置玻璃片后图7 透过率随波长的变化此处作出了透过率随波长的变化曲线，随着波长的变大，在波长为200nm到275nm之间集中分布，在波长为275nm到350nm之间，钨灯的透过率急剧上升至之间，钨灯的透过率急剧下降至0.15左右，波长持续变大至左右。
七、结果陈述与总结：实验测得汞灯校准谱线如图5所示，测出的汞谱线波长有365.2nm、404.8nm、436.1nm实验测得放置玻璃片前后的钨灯谱线如图6所示。
实验测得钨灯对玻璃片的透过率随波长变化曲线如图7所示。
钨灯的对玻璃的透过率随波长的变大先急剧后急剧减小至0.1328最后缓慢减小且平稳在0.11746附近。
大致了解了光谱学的基础知识，熟悉了常见的汞谱线。
深入理解了光栅光谱仪的工作原理和光原始数据记录表组号07姓名董其锋。
WDS系列光栅光谱仪实验讲义
WDS系列光栅光谱仪实验讲义V1.0光栅光谱仪实验讲义一 实验目的1、了解光栅光谱仪的工作原理2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 实验仪器WDS 系列多功能光栅光谱仪,计算机 三 实验原理光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。
光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。
它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。
衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。
它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试衍射光栅。
相邻刻线的间距d 称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。
入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差(sin sin )s d αβ∆=±，α为入射角，β为衍射角，则可导出光栅方程：(sin sin )d m αβλ±=(1.1)光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来，λ为入射光波长，m 为衍射级次，取0,1,2,±± 等整数。
式中的“±”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。
如果入射光为正入射0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。
衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出cos d md d βλβ=， (1.2)复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。
光栅G 安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。
光栅光谱仪实验讲义
实验名称：光谱分析一实验目的1、学习光谱分析的基本原理，光谱图的基本特征；2、掌握利用光谱进行定性分析的基本方法和鉴定程序。
二实验仪器红外光谱仪，计算机三实验原理利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。
每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。
当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。
分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。
分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。
但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。
所以分子的红外光谱属带状光谱。
分子越大，红外谱带也越多。
红外光谱仪的种类有：①棱镜和光栅光谱仪。
属于色散型，它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量。
②傅里叶变换红外光谱仪。
它是非色散型的，其核心部分是一台双光束干涉仪。
当仪器中的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。
经过傅里叶变换的数学运算后，就可得到入射光的光谱。
这种仪器的优点：①多通道测量，使信噪比提高。
②光通量高，提高了仪器的灵敏度。
③波数值的精确度可达0.01厘米-1。
④增加动镜移动距离，可使分辨本领提高。
⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区，可以实现远红外光谱的测定。
红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告一、实验目的：通过光栅光谱仪的使用，掌握光栅光谱仪的结构、原理和使用方法。
通过测量不同光源的光谱，了解不同光源的特性。
二、实验装置和原理：1.实验装置：光栅光谱仪、白炽灯、氢灯、氖灯、光栅光谱仪支架、光栅支架、读数电眼、准直物镜。
2.实验原理：光栅光谱仪利用光栅的作用原理，将光分成不同波长的光线，使其以不同的角度被分散出来，进而形成连续的光谱。
光栅光谱仪主要由光源、光栅、准直物镜和读出及测量系统组成。
光栅经过准直物镜聚焦后，通过光栅的平行光线会由于不同波长的光受到不同程度的散射，从而形成连续的光谱。
读出系统将光谱上的不同波长的光线与波长的对应关系转化为电信号，通过电眼读取，进而测量。
三、实验步骤与数据处理：1.将光栅光谱仪放置在稳定的工作台上，调整仪器水平。
2.打开电源，将待测光源的前方放置一个铅块，用于调整焦距。
3.调整准直物镜的位置，使光线能够准直射入光栅光谱仪。
4.打开光栅光谱仪的读数电源，调整光栅支架上的读数电眼位置，使其能够正常读取光谱。
5.用白炽灯、氢灯、氖灯等光源进行实验测量。
6.调整读数电眼的读数位置，记录不同波长的光线对应的读数值。
7.根据读数电眼的读数和仪器提供的波长-读数变换函数，得到不同波长对应的光线。
8.绘制光谱图，并对光谱图进行分析和解释。
四、实验结果与分析：实验测量得到的光谱图如下所示：（这里应当给出具体的测量数据和光谱图，可以通过软件绘图工具或手工绘图）从光谱图中可以看出，在可见光范围内，不同波长的光线在光栅的作用下经过分散，形成了连续的光谱。
通过读数电眼的读出，我们可以根据波长-读数变换函数得到不同波长对应的光线。
根据实验测量的数据，可以得到不同光源的光谱特性，比如氢灯和氖灯在可见光范围内的谱线等。
五、实验总结：通过本次实验，我们掌握了光栅光谱仪的结构、原理和使用方法，并进行了不同光源的光谱测量。
光谱是光的波长和频率的一种表现形式，通过光谱测量可以了解光源的组成和特性。
201003光栅光谱仪[1]
![201003光栅光谱仪[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8372e106eff9aef8941e0640.png)
光栅光谱仪实验仪器WGD-5型组合式多功能光栅光谱仪，滤色片一组（红绿蓝），汞灯，溴钨灯，液体样品。
预习思考题1．画出光栅光谱仪的光路图，简述工作原理（不可照抄课本）。
2．改变光谱仪入射或出射狭缝的大小会对测量结果有什么影响？3．测量透过率曲线对光源有什么要求？汞灯是合适的光源吗？实验内容一. 测量前的准备（自带U 盘）(1) 记录螺旋尺旋转方向与缝宽变化的关系。
(2) 打开单色仪的电源开关，打开汞灯、溴钨灯电源，预热5min。
(3) 将倍增管的高压调至400V(不得超过600V)。
(4) 打开计算机，进入win98 后，双击“WGD-5 倍增管”图标进入工作界面。
待系统和波 长初始化完成后便可以工作。
二. 单色仪波长校准探测器选用光电倍增管，高压加到400伏。
在能量模式下测量汞灯光谱。
扫描范围350-750nm，扫描步长选1nm。
用“自动寻峰”测量谱线波长，与标准值比较，如果波长差大于1nm，进行波长修正。
说明：光源：汞灯参数设置：工作方式：模式“能量”，间隔“1nm”； 工作范围：350—800nm。
狭缝宽度调节，使入射缝与出射缝相匹配。
点击“单程”，单色仪开始扫描。
扫描完成根据谱线强度重新调整入射和出射狭缝，使谱线尽量增高，并使黄线576.9nm、579.0nm 分开 (以划线谱线作为参照)（汞灯谱线：波长(nm)404.7、407.8、435.8、491.6、546.1、576.9、579.0、623.4、690.7）三. 测量１、测量滤色片透过率曲线光源：取下高压汞灯，换上溴钨灯(１)扫描基线工作方式：模式“基线”。
点击“单程”，单色仪开始扫描。
调节入射缝的缝宽使基线的峰值达到900以上；扫描结束后，点击“当前寄存器”列表框右侧“---”，在弹出的“环境信息”填入信息，然后关闭。
保存该寄存器的数据，选用“txt”的文本格式。
(２)扫描透过率曲线打开样品池顶盖，将一个滤色片放在入射狭缝的前面，盖上顶盖。
光栅光谱仪实验讲义
光栅光谱仪实验讲义（313实验室）一 实验目的1、了解光栅光谱仪的工作原理2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 实验仪器WDS 系列多功能光栅光谱仪,计算机 三 实验原理光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。
光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。
它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。
衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。
它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射光栅。
相邻刻线的间距d 称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。
入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差(sin sin )s d αβ∆=±，α为入射角，β为衍射角，则可导出光栅方程：(sin sin )d m αβλ±=(1.1)光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来，λ为入射光波长，m 为衍射级次，取0,1,2,±± 等整数。
式中的“±”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。
如果入射光为正入射0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。
衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出cos d md d βλβ=， (1.2)复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。
光栅G 安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。
光栅光谱仪的使用
光栅光谱仪的使用实验报告：光栅光谱仪的使用一、引言光谱学作为一门重要的实验科学，为我们研究物质光学性质提供了有力的工具。
其中，光栅光谱仪是一种常见的光谱仪器，通过光栅的光栅结构，能够将经光栅发射的入射光分解成不同波长的光，从而通过测量不同波长光的强度，来分析入射光的光谱分布。
本实验旨在熟悉并掌握光栅光谱仪的使用方法，通过实验测定未知光源的光谱分布曲线，并分析实验结果。
二、实验原理当入射光垂直地照射到光栅上时，入射光经过光栅的衍射和干涉后，会形成多个同心圆环，每个圆环上的光强度与相位有关，而相位与入射光的波长λ有关系，表达式为：d·sinθ = mλ，其中θ为入射角，m为衍射级数。
根据这个关系，我们可以计算出每个级数对应的波长λ。
三、实验步骤1.准备实验仪器，确保光学平台水平放置。
2.将光栅放置在入射光束上，并调整光栅的入射角。
3.打开光栅光谱仪，调节入射光源的位置和强度，使得入射光准直且均匀。
4.调整观察屏与入射光的距离，以获得清晰的光谱。
5.在不同的入射角和波长范围，记录观察屏上的光谱分布图案，注意记录光强度的变化。
6.移动光栅或调整角度，获得更多的光谱数据，并记录。
7.重复以上步骤，完成实验数据的收集。
四、实验数据处理1.根据实验数据绘制光谱分布曲线，横轴为波长λ，纵轴为光强度。
2.分析曲线中的峰值和谷底，确定各峰值对应的波长。
3.通过计算光栅的光栅常数d，可以将波长转换成入射角度。
4.根据衍射公式，计算出光栅的衍射级数m，并结合入射角度计算出入射光波长λ。
五、实验结果与讨论通过实验数据处理，我们得到了未知光源的光谱分布曲线，并通过分析曲线中的峰值和谷底，确定了各峰值对应的波长。
根据光栅的光栅常数和衍射公式，我们计算出了入射光的波长。
实验中可能存在的误差主要来自实验仪器的精度、入射光的均匀性以及人为操作的误差等。
为了减小误差，需要仔细调整实验仪器，保证光学系统的准直和稳定性；在观察光谱时，需要确保观察屏与入射光的距离适当，以获得清晰的光谱图案；在记录光谱数据时，要注意对光强度的准确测量。
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在扫描速度一栏中，可对扫描记录数据的速度进行相应的设置，当 样品未知时，一般可选择快速或中速，对于不同的仪器型号会稍有所不 同。
在扫描方式一栏中，可选择测量为连续方式或重复方式，或在当前 波长对时间进行记录。
在波长范围一栏中，可根据需要在系统允许的波长范围内对其进行 相应的设置。系统允许的波长范围根据仪器型号的不同有所不同。
在光谱带宽一栏中，系统设置为手动，即根据测量需要对出射、入 射狭缝宽度进行相应的设置。
系统默认增益为1，若信号较弱，可适当选择增益（1~4）。 打印，即根据提示对话框，打印当前图谱。 退出系统，当结束系统测量，选择此项，根据提示退出光栅光谱仪 操作系统。 3.1.2.2 测量方式 测量方式菜单中包括光谱扫描、基线扫描和时间扫描等项。其中， 光谱扫描，即根据当前参数设置对当前光谱进行记录。 基线扫描，当选择了透过率测量方式时，在光谱扫描之前首先要对 系统进行基线扫描以记录系统当前状态，在进行基线扫描时，状态栏显 示值一般应在0~4095之间。 时间扫描，即在当前参数设置情况下，对当前波长进行时间记录。 3.1.2.3 数据处理 在数据处理菜单中包括刻度扩展、局部放大、峰值检索、峰值显 示、读取数据、光谱平滑、光谱微分和光谱运算等项。其中， 刻度扩展，指对当前横、纵坐标的起始、终止刻度在系统允许的范 围内进行相应的放大或缩小。点击此项功能将弹出如图6所示对话框。 局部放大，指对当前图谱文件进行部分放大。 峰值检索，指读当前图谱文件中一定范围内的峰值进行检索并将结 果显示出来。点击此项弹出如图7所示对话框，提示输入峰值高度，输
系统复位，当仪器在运行过程中发现有不正常现象出现时，可点击 此项对系统进行重新复位，以消除影响。
系统设置，即系统调试时用到的一些数据，用户不可更改。 3.1.2.5 帮助
帮助菜单中提供了厂商及仪器版本信息。 3.1.3 工具栏的使用
工具栏中主要包括新建、打开、保存、打印、光谱扫描、参数设 置、波长检索、读取数据、峰值检索、刻度扩展、屏幕刷新和停止等 项。其中，
确认光栅光谱仪已经正确连接并打开电源。 在WONDOWS操作系统中，从“开始”——“程序”——“WDS系列光 栅光谱仪”中执行相应的PMT可执行程序，或双击桌面上的快捷方式， 启动系统操作程序。 在系统初始化过程后应有波长复位正确的提示，然后按“确定”进入 系统操作主界面。 3.1.2菜单栏的使用 系统菜单栏包括文件、测量方式、数据处理、系统操作和帮助五项 内容。
WDS系列多功能光栅光谱仪的控制和光谱数据处理操作均由计算 机来完成。
软件系统主要功能有：仪器系统复位、光谱扫描、各种动作控制、 测量参数设置、光谱采集、光谱数据文件管理、光谱数据的计算等。
WDS系列多功能光栅光谱仪器系统操作软件根据型号不同和接收 仪器不的同配有PMT操作系统和CCD操作系统。每一系统均可采用快捷 键和下拉菜单来进行仪器操作，下面分别进行说明。 3.1 PMT操作系统 3.1.1 开机与系统复位
衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。它是在一块平整的玻璃或 金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线， 然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射 光栅。相邻刻线的间距d称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至 数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相邻刻 线产生的光程差，为入射角，为衍射角，则可导出光栅方程：
， 复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G上， 经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射， M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面
的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G安装在一个转台上，当光栅 旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记 录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强 度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记 录，称为光栅单色仪。
新建、打开、保存、打印、和参数设置等项包含于菜单栏的“文 件”菜单中；光谱扫描包含于菜单栏的“测量方式”菜单中；波长检索包 含于菜单栏中的“系统操作”菜单中；读取数据、峰值检索和刻度扩展包 含于菜单栏中的“数据处理”菜单中。
屏幕刷新，即刷新当前图谱屏幕显示以清除数据标注的字符。 停止，点击此项，系统将停止当前操作。 3.1.4 退出系统与关机 当系统测试结束后，将出射、入射狭缝调节至0.1mm左右，若有负 高压系统，则将负高压调节至零。点击菜单栏中“文件\退出系统”，按照 提示关闭电源退出仪器操作系统。 3.2 CCD操作系统 3.2.1 开机于系统复位
光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d联系起来，为 入射光波长，m为衍射级次，取等整数。式中的“”号选取规则为：入射 角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入 射光为正入射，光栅方程变为。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅 的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出
刻度扩展，指对当前横、纵坐标的起始、终止刻度在系统允许的范 围内进行相应的放大或缩小。点击此项功能将弹出对话框。
显示光谱参数，即显示当前光谱的测量参数。 像元波长转换，即选择将系统操作界面的横坐标用像元或波长的方 式显示。 谱线运算，即对当前光谱的与常数加、减、乘、除四则运算。 3.2.2.4 系统操作 系统操作菜单中主要包括检索仪器中心波长、检索谱线中心波长、 零点波长校正、系统参数设置和系统复位等项。其中， 检索仪器中心波长，即将操作系统界面显示的中心波长检索至目的 波长处。 检索谱线中心波长，即若当前显示的图谱文件中心波长非仪器当前 中心波长时，用此项功能将仪器中心波长检索值谱线中心波长。 零点波长校正，当对光栅光谱仪器系统检测发现系统波长值与准确 波长不对应时，可通过此项对系统波长进行校正，在对话框中输入系统 值与实际波长值的差值，点击确定即可。 系统参数设置，即系统调试时用到的一些数据，用户不可更改。 系统复位，当仪器在运行过程中发现有不正常现象出现时， 可点 击此项对系统进行重新复位，以消除影响。 3.2.3 工具栏的使用 工具栏中主要包括新建、打开、保存、打印、波长检索、参数设 置、读取数据、峰值检索、刻度扩展、放大、缩小和屏幕刷新等项。其 中， 新建、打开、保存、打印和参数设置等项包含于菜单栏的“文件”菜 单中；波长检索包含于菜单栏中的“系统操作”菜单中；读取数据、峰值 检索和刻度扩展包含于菜单栏中的“数据处理”菜单中；一次采集和连续 采集包含于“采集”菜单中。 屏幕刷新，即刷新当前图谱屏幕显示以清除数据标注的字符。 停止，点击此项，系统将停止当前操作。 3.2.4 退出系统与关机 当系统测试结束后，将入射狭缝调节至0.1mm左右，点击菜单栏 中“文件\退出系统”，按照提示关闭电源退出仪器操作系统。
四 实验装置 WDS系列多功能光栅光谱仪的操作由计算机操作和手工操作来完
成。单色仪的入射狭缝宽度、出射狭缝宽度和负高压（光电倍增管接收 系统）不受计算机控制用手工设置外，其它的各项参数设置和测量均由
计算机来完成。WDS系列多功能光栅光谱仪结构框图如右图所示。 1 光学系统
光谱仪光学系统，如图1所示：M1准光镜、M2物镜、M3转镜、G 平面衍射光栅、S1入射狭缝、通过旋转M3选择出射狭缝S2或S3从而选 择接收器件类型，出射狭缝为S2则为光电倍增管或硫化铅、钽酸锂、 TGS等接收器件；出射狭缝为S3则为CCD接受器件。入射狭缝、出射狭 缝均为直狭缝，宽度范围0~2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭 缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射 成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M2成像在S2 上，或经物镜M2和M3平面成像在S3上。
光源系统为仪器提供工作光源，可选氘灯、钨灯、钠灯、汞灯等各 种光源。 2 电子系统
电子系统由电源系统、接收系统、信号放大系统、A/D转换系统和 光源系统等部分组成。
电源系统为仪器提供所需的工作电压；接受系统将光信号转换成电 信号；信号放大器系统包括前置放大器和放大器两个部分；A/D转换系 统将模拟信号转换成数字信号，以便计算机进行处理。 3 软件系统
在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过 光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系（如图2所示）
，
其中，为光栅的旋转角度，为入射角和衍射角之和的一半，对给定的单 色仪来说为一常数。 图2 光栅转动系统示意图
2ψ
转台 衍射光 入射光 光栅
光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光 谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝 S1、准直球面反射镜M1、光栅G、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2 构成。
光栅光谱仪实验讲义（313实验室）
一 实验目的 1、了解光栅光谱DS系列多功能光栅光谱仪,计算机
三 实验原理
光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光 谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝 S1、准直球面反射镜M1、光栅G、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2 构成。 图1光栅光谱仪示意图
意常数的加、减、乘、除四则运算。 3.1.2.4 系统操作
系统操作菜单中主要包括波长检索、波长校正、系统复位和系统设 置等项。其中，
波长检索，点击此项系统弹出如图8所示波长检索对话框，提示输 入目的波长，波长范围为系统允许波长范围内的任意波长值。
波长线性校正，当对光栅光谱议仪器系统检测发现系统波长值与准 确波长不对应时，可通过此项对系统波长进行校正，在对话框中输入系 统值与实际波长值的差值，点击确定即可。
入峰值高度后，点击确定即可。 读取数据，即读取当前图谱的横、纵坐标数据，可选择列表方式或
光标读取方式。 光谱平滑，点击此项系统将对当前图谱文件进行平滑处理，以去掉
噪声或过小的峰值，来方便图谱的读取或辨别。 光谱微分，点击此项功能可对当前图谱进行一至四次微分。 光谱运算，点击此项系统弹出提示对话框，提示选择当前图谱与任