单色仪简介和比较
单色仪定标及分类
单色仪定标及分类单色仪定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。
为了获得较多的点，必须有一组光源。
通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。
下面小编简单介绍下单色仪其它信息。
一、单色仪分类单色仪有多种，从不同的角度对它有不同的分类，如按物镜的形成可分为透射式单色仪和反射式单色仪，按色散元件可分为棱镜单色仪和光栅单色仪。
棱镜单色仪：棱镜的工作光谱区受到材料的限制(光的波长小于120nm，大于50μm时不能使用)，光栅单色仪的角色散率与波长无关，棱镜单色仪的角色散率与波长有关。
棱镜单色仪的尺寸越大分辨率越高，但制造越困难，同样分辨率的光栅重量轻，制造容易。
光栅单色仪：光栅单色仪存在光谱重叠，棱镜光谱仪没有。
光栅单色仪存在鬼线(由于刻划误差造成)，棱镜单色仪没有。
二、单色仪定标单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。
1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。
2、在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统(S1和M1)的光轴上。
在单色仪光源与入射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相对口径匹配。
这样，可获得最大亮度的出射谱线，同时又减少了单色仪内部的杂散光。
调节聚光透镜的位置，使出射狭缝呈现的谱线最明亮。
3、将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。
为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小，出射狭缝可适当大些。
根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
4、使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到各谱线中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓轮读数(L)与其所对应的波长(λ)。
单色仪的原理
单色仪的原理
单色仪是一种用于分析光谱的仪器，它能够将复杂的光信号分解成不同波长的单色光，从而帮助人们研究物质的成分和性质。
单色仪的原理主要基于光的色散和检测技术，下面我们将详细介绍单色仪的原理。
首先，单色仪的原理基于光的色散现象。
当白光通过单色仪的光栅或棱镜时，不同波长的光会按照其波长大小被分散成不同的方向。
这种色散现象使得单色仪能够将复杂的光信号分解成不同波长的单色光，为后续的光谱分析提供了基础。
其次，单色仪的原理还涉及到光的检测技术。
分解后的单色光会被接收器接收并转换成电信号，然后经过放大和处理，最终形成光谱图像。
通过对光谱图像的分析，人们可以得知物质的成分和性质，从而实现对物质的分析和检测。
除此之外，单色仪的原理还包括光路的设计和调节。
良好的光路设计能够保证光线的稳定传输和准确分解，而精确的光路调节则能够保证光谱的准确性和可靠性。
总的来说，单色仪的原理主要基于光的色散和检测技术，通过将复杂的光信号分解成单色光，并利用光的特性进行分析和检测，从而实现对物质的研究和应用。
这种原理不仅在科学研究领域有着重要的应用，还在工业生产和环境监测等领域发挥着重要作用。
综上所述，单色仪的原理是基于光的色散和检测技术，通过光路设计和调节，将复杂的光信号分解成单色光，并利用光谱分析技术进行物质的研究和应用。
这种原理的应用不仅在科学研究领域有着重要意义，还在工业生产和环境监测等领域发挥着重要作用。
希望本文能够对读者对单色仪的原理有所了解，并对相关领域的研究和应用有所帮助。
单色仪
单 色 仪 的 定 标Prism Monochrometer工作原理从照明系统发出的光束均匀地照亮入射狭缝1S ，1S 位于反射准直镜1M 的焦平面上，通过1S 射入的光束经1M 反射后成为平行光束投向平面反射镜M ，再被反射而进入色散棱镜P 。
如入射光为复色光，则通过棱镜后即按波长分解为不同折射角的单色平行光束，反射物镜2M 将这些单色平行光束汇聚于焦面上构成光谱，位于该焦面的出射狭缝2S 把谱线限制在一个狭窄的区域内，使只对色散棱镜构成最小偏向角的光束能够射出。
色散棱镜与平面反射镜的组合，称为瓦兹渥斯（Wadsworth ）色散系统，转动此系统，即可在出射狭缝2S 后面获得不同波长的单色光束，接收器（本实验用读数显微镜）即放置在出射狭缝的后面。
最小偏向角一束单色平行光，射入三棱镜的AB 面，经折射后由另一面AC 射出。
入射角i ，出射角i '，入射光与出射光的夹角β称为偏向角。
转动三棱镜，当i i '=时，根据折射定律可知，折射角γγ'=，与此相应的入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角mi n β。
A C仪器使用说明1．单色仪的定标：（1）在入射缝前放置汞灯，点亮汞灯以照射入射狭缝1S 。
为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统1S 和1M 的光轴上。
为此，将如射狭缝和出射狭缝开大，将光源移至1S 前半米以外的位置，从出射狭缝处朝单色仪内观察，可看见光源的清晰像，调节光源的位置，使光源的像正好位于2M 的中央。
减小入射缝宽到50m ，再在光源与入射缝之间加入聚光透镜，移动聚光透镜，使光源成像于狭缝1S 上。
至此，光源调整完毕。
（2）将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝2S 的刀口进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。
为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝1S 尽可能小，出射缝2S 可适当大些。
转动单色仪鼓轮，根据可见光区汞灯主要谱线的波长和相对强度辨认谱线。
14-单色仪的应用
实验十四 单色仪的应用单色仪是将光源发出的复色光用色散元件把它分解为单色光的仪器，这种仪器可用于各种光谱特性的研究：如测量介质的光谱透射率曲线，光源光谱的光强分布、光电探测元件的光谱响应等等。
在实验室中常用到的单色仪基本有二类，一类是透射式单色仪，如图1所示，这种单色仪的入射光和出射光恒成90°夹角。
成像系统由透镜组成，常用于可见光范围，它的优点是聚光本领强；另一类是反射式单色仪，如图2所示，这种单色仪入射光与出射光夹角为 122，成像系统由反射镜组成，它的优点是使用范围大，只要置换不同的棱镜，使用范围可以从紫外光一直到红外光，本实验所用的正是此类单色仪。
【实验目的】1． 了解单色仪的结构和原理，学会正确使用的方法。
2． 以高压汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区域进行定标。
3． 测定汞灯谱线的光强分布。
【实验原理】反射式棱镜单色仪外形为一圆盘（如图2）它主要有三部分组成：①入射缝1S 和凹面镜1M ，组成了入射系统，以产生平行光；②平面镜2M 和棱镜P 组成色散系统； ③凹面镜3M 和出射缝2S 组成聚光出射系统 ，它将棱镜分出的单色平行光由3M 汇聚在出射缝2S 上。
图中平面镜2M 和棱镜P 所放的位置，对以最小偏向角通过棱镜的平行光束而言，可使入射到2M 的光束与从棱镜出射的光束平行。
这样，以最小偏向角通过棱镜某波长的光，经3M 反射后恰恰成像在出射缝处。
因此，只要1S 和1M 保持不变的情况下，当棱镜P 和反射镜2M 同步转动时，对应于最小偏向角的光的波长也跟着改变，出射缝2S 就有不同波长的单色光射出。
由于光束以最小偏向角通过棱镜，所以光缝单色像的像差最小。
出射的光束单色性好。
而棱镜P 和平面镜2M 的转动机构与仪器下部的转动轴杆鼓轮相连，鼓轮上刻有均匀的分度线，因而出射波长 与鼓轮读数R 相对应。
单色仪出厂时有对应（定标）曲线的数据。
但经过一段时间使用后，定标会有所漂移。
单色仪的工作原理
单色仪的工作原理
单色仪是一种通过分光原理来测量光的波长和强度的仪器。
它通常由光源、色散系统、检测器和信号处理部分组成。
单色仪的工作原理主要包括物光的入射、色散、选择和检测等步骤。
首先，光源为单色仪提供了一束连续宽谱的光。
这个光源可以是灯泡、氘灯、钨灯等。
光源发出的光通过进入单色仪后被分散成不同波长的光束。
然后，色散系统接收到进入单色仪的光束，将其分散成不同波长的光。
色散系统通常包括凹透镜、棱镜或光栅等元件，它们可以使不同波长的光根据波长的差异而发生不同程度的偏折，从而实现光的分散。
接下来，选择系统选择了一定波长范围内的光束，通常是单色仪根据用户需求设置的波长范围。
选择系统通常由一个或多个狭缝组成，它们通过限制通过的光来选择特定的波长范围。
最后，检测器接收到选择系统通过的光束，并将其转化为电信号。
检测器通常是光敏器件，如光电二极管、光电倍增管、光电管等。
这些光敏器件的特点是，它们可以将光信号转化为电信号，其强度与光强度成正比。
信号处理部分负责对电信号进行放大、滤波、数字化等处理，并将处理结果输出到显示器或计算机上。
通过对电信号的处理，我们可以得到光的强度分布曲线，
即所谓的光谱图。
光谱图可以用于分析光的复杂特性，如波长、频率、幅度等。
总的来说，单色仪的工作原理是通过将光信号分散成不同波长的光束，然后选择特定波长范围的光束，并最终将其转化为电信号进行处理。
这样就可以实现对光的波长和强度的测量。
单色仪在科学研究、材料分析、环境监测等领域具有广泛的应用。
光谱仪、单色仪大全
器
型号
MonoRa-150i
MonoRa-200i
MonoRa-300i
MonoRa-500i
MonoRa-750i
焦距
150mm
200mm
300mm
500mm
750mm
分辨率(1)
0.2nm
0.18nm
0.09nm
0.05nm
0.025nm
光
光路设计
Czerny-Turner
Czerny-Turner
200-1100nm；
800-1700nm； 800-1900nm；
1um-5um
0.8-2.9um；
2-5um； 2-10.6um；
试 仪
400-1100nm；
300-1100nm；
800-2200nm； 800-2500nm
0.8-3.2um
2-12um； 2-26um；
器
常温或 TE2 制冷型可
号
焦距
160mm
200mm
300mm
处 理
分辨率
0.8nm
0.3nm
0.15nm
光谱范围
185-780nm
185-800nm
185-800nm
太
（根据光栅选择波段， （根据光栅选择波段， （根据光栅选择波段，
阳
最远可到 3000nm）
最远可到 3000nm）
最远可到 3000nm）
能
电
色散
9nm/mm
光
谱 仪
五、MonoRa 系列单色仪/影像光谱仪 Momochromator & Imaging Spectrograph
器
MonoRa 单色仪/影像光谱仪 Monochromator&Imaging Spectrograph
各种单色仪的探究
不同单色仪的探究摘要：本文综合介绍了不同种类的单色仪以及各自的原理，并且对棱镜单色仪和光栅单色仪的优缺点进行了一些比较，最后对单色仪的现状进行了一些阐述，对单色仪中存在的一些问题进行了简单归纳。
关键词：棱镜单色仪，光栅单色仪，单色仪比较1666年，牛顿在研究三棱镜时发现太阳光通过三棱镜后被分解成了七色光。
1814年，夫琅禾费设计了一套包括棱镜、狭缝和视窗的光学系统并观察了太阳光谱中的吸收谱线。
1860年，克希霍夫和本生为研究金属光谱而设计了较完善的现代光谱仪，标志着光谱学的诞生。
如今光谱分析已经是现在研究物理光学的主要分析手段，在科研和生产等方面发挥着极大的作用。
在光谱分析中，无论是对于荧光光谱，还是穿透吸收光谱，还是拉曼光谱的研究，获得单色光是不可缺少的手段。
除了单色光源外、颜色玻璃和干涉滤光片外，单色仪也是一种获得单色光的途径。
单色仪是一种通过色散、衍射等方法将紫外、可见和红外的光谱区里的复合光分解成不同波长的单色光。
按照不同的分类标准，单色仪可以分为很多种。
常用的单色仪分为光栅单色仪和棱镜单色仪。
光栅单色仪按光束入射方式可分为正入射、掠入射和投射单色仪；按光学系统分布可分为罗兰圆和非罗兰圆；按衍射光栅面型可分为平面、球面和环面单色仪。
一、不同种类的单色仪1、棱镜单色仪棱镜单色仪是晶体单色仪的一种，此类单色仪是以晶体作为分光元件的，用作同步辐射X射线波段的分光系统，由于晶体单色仪的衍射面是晶格面，所以真空环境的要求可以比较低（10-1 Pa）。
普通的棱镜单色仪通常由三部分组成，准光镜系统、色散系统和成谱系统。
如下图所示：准光镜系统，它是由准直光物镜L1和放在L1焦平面上的狭缝S组成；色散系统，它是由棱镜P等组成；成谱系统，它是由物镜L2和在其焦平面上的像屏组成。
成谱系统形式的不同，仪器的名称就不同。
若采用的是望远镜来观察光谱，则叫做“棱镜分光镜”；若采用物镜和感光板进行摄谱，则叫做“棱镜摄谱仪”；若用狭缝来分离谱线，则叫做“单色仪”。
WDG3001原子吸收专用单色仪具体参数
WDG3001原子吸收专用单色仪具体参数一、仪器结构特点：
●采用对称式C-T光学结构，具有较好的像质量；
●采用自制的平面衍射光栅，提高仪器质量；
●高的通光口径设计，提高光能量；
●采用正弦机构实现光栅转角与波长
线性关系；
●采用精密螺纹副保证波长准确度与
重复性；
●电机与丝杆采用专用连接轴，保证
仪器波长及采集光能量定位准确；
●较低的杂散光，保证了整机仪器的
基线漂移指标。
二、仪器技术指标：
●光栅刻线：1800线
●光栅闪耀波长：250nm
●波长使用范围：185nm-900nm
●波长准确度：±0.2nm
●波长重复性：0.1nm
●焦距：300mm
●相对孔径：D/f=1/6
●分辨率：能分辨锰灯279.5nm和279.8nm双线，并且两谱线间波谷能量小
于30％
●线色散倒数：2.7nm/mm
●杂散光：1×10-3
●狭缝：光谱带宽为0.1、0.2、0.4、1.0、2.0nm5档自动切换
●外形尺寸：长×宽×高435×285×220（mm）。
单色仪说明
钠原子的光谱
• 光谱公式（里德堡常数R） • 主线系
589.0nm/589.6nm • 锐线系
616.0nm/615.4nm
• 漫线系 568.3nm/568.86nm 497.78nm/498.2nm
RR ( s) ( p)
R
R
( p) ( s)
R
R
(n ,)
( p) (n d)
s . p . d .
a为光栅透光部分的宽度，N为光栅的总周期数
d为光栅的周期，为衍射角
单色光的光栅光强分布的曲线
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.02mm 光栅的总条数:N=4
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.03mm 光栅的总条数:N=100
光栅方程式
描述各个干涉因子主极大的位置
d为光栅周期，为入射角，为衍射角，m为衍 射级次，为光的波长。
单色仪的调整和使用
单色仪的用途 光谱学发展史 单色仪的结构和原理 闪耀光栅的工作原理 单色仪的入射和出射狭缝 钠原子的量子亏损和里德堡常数
单色仪的用途
• 从复色光源中提取单色光 • 测量复色光源的光谱：
研究目的—物质的辐射特性，光与物质的相 互作用，物质的结构（原子分子能级结构）， 遥远星体的温度、质量、运动速度和方向。
b 光栅的闪耀角
角度的符号规定（顺 时针为正）
入射角与闪耀波长的关系
b nm, ,b .
几何光学的方向能量最大： b (b ) b
m=1
一级闪耀波长为
b
d(sin
sin( b
)
d=1/1200mm
5o， 10 o, 30o
b 587， 600.5， 606.3 (nm)
4.10单色仪
4.10 单色仪单色仪是一种常用的分光仪器，适用于单色光的产生、光谱分析和光谱特征性测量等方面。
【目的要求】1.了解单色仪的结构原理，掌握标定单色仪的方法；2.测定物质的光密度谱线；3.测定光波波长；4.了解谱线自动测量方法；5.观察、比较集中光谱【仪器用具】WGF型反射式大色仪，读数显微镜，GGQ50型高压汞灯及镇流器，溴钨灯，晶体管稳压电源，光电池，光点检流计，铺钕玻璃片，钠灯，氦氖激光器，物质光学参量自动测定仪器。
【实验原理】1.单色仪基本结构单色仪是一种常用的分光仪器，适用于单色光的产生、光谱分析和光谱特征性测量等方面。
单色仪能输出一系列独立的、光谱区间足够狭窄的单色光，且所输出单色光的波长可以根据要求连续调节，单色仪有多种，从不同的角度对它有不同的分类，如按物镜的形成可分为透射式单色仪和反射式单色仪，按色散元件可分为棱镜单色仪和光栅单色仪，等等，本实验使用的是国产WDF型反射式棱镜单色仪，光路见图（1），它图（1）光学系统主要由三部分组成：（1）入射准直部分：由入射狭缝S1和准直凹面反射镜M1组成。
（2）色散系统；这种单色仪采用“瓦茨沃尔脱”的色散装置，由平面反射镜M2与三棱镜P固定在一起组成的，转动轴O的位置在三冷静底边的中点上，在转动过程中，平面镜与三棱镜的相对位置保持不便，它们一块绕轴O转动，可证明这种设计能保证在转动色散系统时，只有“以最小偏向角通过棱镜的那种波长的光”才能从狭缝S2射出，色散棱镜用ZF-1（重火石）玻璃制成，适用波段为370～700nm。
（3）出射聚光系统：由聚焦凹面反射镜M3及出射狭缝S2组成。
由光源发出的光经透镜L照亮入射狭缝S1，进入S1后投向准直镜M1，，经M1反射后成为平行光投向平面反射镜M2，M2分设后仍为平行光射向棱镜P，由于棱镜的色散作用，经棱镜折射后，成为不同方向的平行光，各种不同波长的光束方向各不相同，相同波长的一组平行光束沿着自己的方向进行，射到聚焦镜。
单色仪
近代物理实验
实验中应注意和考虑的几个问题
1．汞灯和溴钨灯的灯丝结构是不同的。为了让尽量多的光尽可能均匀的 照明入射狭缝S1,校对波长示值时应将会聚透镜产生的汞灯的小像成在S1 上，而测量时应将溴钨灯的大像成在S1上。 2．为了减少钕玻璃片厚度不均及光电倍增管受光面上各处光谱响应可能 有差异而产生误差，应保持钕玻璃和光电倍增管的位置不变。 3.狭缝S1和S2的宽度不得超过3mm，实验完毕应将入射缝、出射缝盖严， 以免污损。 4．光电流放大器应选择最佳的测试条件：放大调节至最小，调负高压 （一般在500V以下宜），使光读数适中，在整个测试过程中，应严格保 持测试条件不变。 5．在实验时不能让光电倍增管曝强光，不能在加负高压时取下光电倍增 管，否则会烧坏光电倍增管。实验结束时应先关负高压，再关溴钨灯，最 后关总电源开关。
应用范围—采矿、冶金、石油、燃化、机器制 造、纺织、农业、食品、生物、医学、天体与空 间物理（卫星观测）等等。
近代物理实验 实验目的和教学的要求
• 了解单色仪的构造原理并掌握其使用； • 加深对介质光谱特性的了解; • 掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方
法.
仪器概述 近代物理实验
单色仪是通常使用的基本光谱仪器。 WDP500---C型光栅单色仪是用(几块)光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它 可以把紫外、可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。 如配备电子束激发器，X射线激光器，光子激发器和高频等离子、辉光放电等 稳定光源相配套，可以进行光谱化学分析，如原子吸收光谱、荧光光谱、拉 曼光谱、激光光谱的定性及定量分析。 同时还可以进行物理量的测量,如测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性 及光源的能谱分析、光栅的集光效率等。
• 棱镜的尺寸越大分辨率 越高，但制造越困难， 同样分辨率的光栅重量 轻，制造容易。
单色仪原理
单色仪原理及应用在科学研究、工业生产和医学诊断等领域，我们常常需要分析和测量光的性质和特性。
为了实现这一目标，单色仪作为一种重要的光学仪器应运而生。
本文将介绍单色仪的原理、工作方式以及其在不同领域的应用。
一、单色仪原理单色仪是一种用于将混合光分解成不同波长的光谱成分的仪器。
其主要原理基于光的色散现象，即不同波长的光在通过介质时会以不同的角度偏折。
最常见的单色仪是光栅单色仪。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其表面由许多等间距的凹槽或凸起构成。
当光通过光栅时，由于不同波长的光会与光栅的周期相匹配，因此会在不同角度上产生衍射。
这样，单色仪利用光栅的色散特性，将输入的多色光分散成不同波长的单色光。
二、单色仪的工作方式单色仪通常由三个主要部分组成：入射口、光栅和出射口。
当光进入入射口后，首先会经过一个狭缝，以确保只有来自一个方向的光通过。
接下来，光线会被光栅衍射，根据不同波长的光在光栅上的偏折角度，分散成不同的光谱成分。
在单色仪中，可以通过调节入射角或光栅的位置来选择所需的特定波长。
一般情况下，单色仪会配备探测器来检测经过光栅衍射后的光信号，并将其转换为电信号进行进一步处理和分析。
三、单色仪的应用1. 光谱分析：单色仪在光谱学中起着关键作用。
它可以将光分解成不同波长的组分，从而帮助科学家分析物质的成分、结构和特性。
光谱分析广泛应用于化学、生物学、物理学等学科。
2. 光学研究：在光学研究中，单色仪用于研究光的衍射、干涉、偏振等现象，帮助深入理解光的性质和行为。
3. 光学通信：在光纤通信中，单色仪用于选择特定波长的光信号，以便进行多路复用和解复用，从而实现高速、高带宽的通信。
4. 材料分析：单色仪广泛应用于材料表征和分析，例如用于研究半导体材料的能带结构和光学特性。
5. 化学分析：单色仪在化学分析中可用于测定溶液中物质的浓度，根据溶液对特定波长的吸收情况，可以得到溶液中物质的浓度信息。
6. 医学诊断：在医学影像学中，单色仪可以用于测量X射线的波长，从而获得关于人体组织结构的信息，帮助医生进行诊断。
实验03 单色仪
实验3 单色仪单色仪是通常使用的基本光谱仪器。
WDP500---C 型光栅单色仪是用(几块)光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以把紫外、可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。
如配备电子束激发器，X 射线激光器，光子激发器和高频等离子、辉光放电等稳定光源相配套，可以进行光谱化学分析，如原子吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱、激光光谱的定性及定量分析。
同时还可以进行物理量的测量,如测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性及光源的能谱分析、光栅的集光效率等。
介质对光的吸收、透射和反射通常与入射光的波长有关，介质的这种特性称为介质的光谱特性。
测量介质的光谱特性是光学测量及材料研究等方面的重要内容。
一．实验目的和教学要求1. 了解单色仪的构造原理并掌握其使用。
2. 加深对介质光谱特性的了解。
掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
二．实验原理当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分光被反射，另一部分光被介质吸收，剩下的光从介质板透射出来。
设有一束波长为λ，入射光强为0I 的单色平行光垂直入射到一块厚度为d 的介质平板上，如图1所示。
如果从界面1射回的反射光的光强为R I ，从界面1向介质内透射的光的光强为1I ，入射到界面2的光的光强为2I ，从界面2出射的透射光的光强为T I ，则定义介质板的光谱外透射率T 和介质的光谱透射率i T 分别为0I I T (1) 12I I T i = (2) d图1 一束光入射到平板上这里的R I ,1I ,2I 和T I 都应该是光在界面1和界面2上以及介质中多次反射和透射的总效果。
通常，介质对光的反射，折射和吸收不但与介质有关，而且与入射光的波长有关。
这里为简单起见，对以上及以后的各个与波长有关的量都忽略波长标记，但都应将它们理解为光谱量。
光谱透射率i T 与波长λ的关系曲线称为透射曲线。
在介质内部（假定介质内部无散射），光谱透射率i T 与介质厚度d 有如下关系：iT =d e α- (3)式中，α称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。
单色仪使用
单色仪的调整和使用实验目的1.了解单色仪的结构原理，掌握标定单色仪的方法；2.利用单色仪测定滤色片的透射曲线。
实验原理与方法单色仪是一种常用的分仪器，适用于单色光的产生、光谱分析和光谱特性测量等方面。
仪器原理如图1 ，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。
当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
图1 光栅单色仪的结构和原理本仪器光学系统为李特洛式光学系统，这种系统结构简单、尺寸小、象差小、分辨率高。
更换光栅方便。
光栅单色仪的核心部件是闪耀光栅，闪耀光栅是以磨光的金属板或镀上金属膜的玻璃板为坯子，用劈形钻石尖刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面形成的光栅（注1：由于光栅的机械加工要求很高，所以一般使用的光栅是由该光栅复制的光栅），它可以将单缝衍射因子的中央主极大移至多缝干涉因子的较高级位置上去。
因为多缝干涉因子的高级项（零级无色散）是有色散的，而单缝衍射因子的中央主极大集中了光的大部分能量，这样做可以大大提高光栅的衍射效率，从而提高了测量的信噪比图2当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为ϕ（见图2）时，光栅的闪耀角为θb，取一级衍射项时，对于入射角为ϕ，而衍射角为θ时，光栅方程式为：d(sinϕ＋sinθ)= λ因此当光栅位于某一个角度时（ϕ、θ一定），波长λ与d成正比。
本次实验所用光栅（2号光栅，每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm—1000nm, 刻划尺寸为64⨯64mm2）。
当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm。
由此可以求出此光栅的闪耀角为21.58︒。
当光栅在步进电机的带动下旋转时可以让不同波长以现对最强的光强进入出射狭缝，从而测出该光波的波长和强度值。
（注意计算时角度的符号规定和几何光学方向为闪耀波长的方向）实验内容首先了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法。
单色仪的定标
图２汞灯主要谱线的相对强度和波长
颜色
波长（nm） *404.66 *407.78 410.81 433.92 434.75 *435.84 *491.60 *496.03 535.41 536.51 *546.07 567.59 *576.96 *579.07 585.92 589.02 *607.26 *612.33 *623.44 *671.62 *690.72 708.19
2.瓦兹渥斯色散系统。由玻璃棱镜P和 平面镜M联合组装成一整体，安装在同一转 台上，可以绕通过O点垂直于图面的轴线转 动。该系统的特点是平行光束通过后，以最 小偏向角出射的单色光仍平行于原入射光． 即该系统为恒偏向色散装置.
3.出射聚光系统。由 凹面镜M2和出射缝S2组 成，它将色散后沿不同 方向传播的单色平行光 经M2反射后，会聚在M2 的焦面，即出射缝S2的 平面上，因S2缝宽较小 ，从S2输出的是波段很 窄的光，通常称为单色 光．
0
λ
λ
第一次 第二次 第三次
404.66
407.78
435.84
491.6
496.03
546.07ຫໍສະໝຸດ 576.96λ第一次 第二次 第三次
579.07
607.26
612.33
623.44
671.62
690.72
思考题
1.简略说明制作定标曲线的过程 2.定标曲线有何作用
3．将移测显微镜置于出射狭缝处，对出 射狭缝S2的刀口进行调焦，使显微镜视场中 观察到的汞谱线最清晰．为使谱线尽量最细 锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小， 出射缝S2可适当大些．根据可见光区汞灯主 要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距 辨认谱线．并选表1中打“*”者为定标谱 线．
棱镜单色仪
x
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
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思考题
１．三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过 三棱镜？它是如何实现的？ ２．什么叫三棱镜色散的最小偏向角？单色光实现最小偏向角 的条件是什么？ ３．本实验中的单色仪是什么样的结构？这样的结构有何优点 ？ ４．本实验中如何对单色仪的读数装置进行定标？
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实验目的
1．了解棱镜单色仪的分光原理及仪器结构和使用方法 2．学会用汞光谱对单色仪的读数系统进行定标 3. 会做定标曲线
实验仪器
单色仪，测微目镜（或读数显微镜），汞灯，钠灯，短焦距 凸透镜及支架。
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实验原理
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（1）某些谱线看起来若隐若现。这时，只有定下心来，耐心 观察，才能看清楚。如汞灯的红谱线有三条，其中一条波长为 725.00纳米的暗谱线，看起来非常朦胧。 （2）对于颜色的界定不明确，特别是从一种颜色向另一种颜 色过渡的过渡色很难分辨。如橙色与红色，初次接触难于分 清，只能边看边学，边认识。 （3）观察光谱与个人眼睛的好坏有很大关系，好的眼力，可 多看出一些谱线，眼力差一些，就只能少看出一些谱线。 ４．测量 为了准确测量，我们可以转动鼓轮，将汞灯光谱从红到紫来 回多看几遍，并且将鼓轮的读数范围确定下来。在基本辨认和 熟悉全部23条谱线颜色特征以后，调节器观测装置，把测微目 镜的叉丝对准出射缝中央，向一个方向缓慢转动鼓轮，从红到 紫，读出每一条谱线所对应的鼓轮读数，重复读两次，并将数 据填入下面的表20—1中。
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单色仪(北京科技大学物理实验报告)
北京科技大学实验报告单色仪实验目的：(1)了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。
(2)测量平面光栅单色仪的分辨本领。
(3)利用单色仪测量干涉滤光片的光谱透射率曲线。
实验仪器：平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光灯、测试仪、光电倍增管、干涉滤光片等。
实验原理：1.平面光栅单色仪的结构原理光学系统主要由以下三部分组成：（1）入射准直部分由入射狭缝S1和抛物凹面镜M1组成，用以产生适用于光栅衍射的平行光束。
（2）色散系统平面光栅G构成色散系统，达到分光以后产生各种波长单色光的要求。
（3）出射聚焦系统由抛物凹面反射镜M1、平面反射镜M2和狭缝S2组成。
由光栅色散系统产生的单色光经由M1和M2反射作用后会聚至出射狭缝S2，产生窄光束的单色光。
2. 单色仪主机电路仪器主机内主要是步进电动机信号发生器电路，用来控制步进电动机的转动。
3.光电倍增管及测光仪广电倍增管是把微弱的输入光转换成电子，并使电子数获得倍增的电真空器件。
当光信号强度发生变化时，阴极发射出的光电子数发生相应的变化，由于各倍增极因子基本保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化。
4.滤光片滤光片对不同波长的投射能力不一样。
当波长为λ，光强I0(λ)的单色光垂入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为I T(λ)，我们定义其光谱透射率为若以白光为光源，出舍得单色光所产生的光电流与入射光光强、单色仪的光谱透射率和光电器件的光谱响应率成正比，即：现将光谱投射仪为的滤光片插入光路，放置在入射狭缝之前，在光电流变为：所以：实验内容与测量：1．分辨能力的测量：分辨能力的测量只涉及汞灯的两条黄谱线，因此，应该从两谱线的外侧开始扫描，途径两谱线的峰值，终止与另一谱线的外侧外侧。
2．测量滤光片的透射率：不加滤光片，开启扫描开关，从280nm开始正向自动扫描，至660nm止，观察光强的最大值在哪一波长附近，大小如何。
如果光强值不符合要求，扫描至光强最大值的附近，进行适当的调节，是的最大光强接近100。
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单色仪简介和比较
1666年，牛顿在研究三棱镜时发现，太阳光在通过三棱镜后被分解成了七色光。
1814年，夫琅禾费设计了一套包括棱镜、狭缝和视窗的光学系统并观察了太阳光谱中的吸收谱线。
1860年，克希霍夫和本生为研究金属光谱而设计了较完善的现代光谱仪——这标志着光谱学的诞生。
如今光谱分析已经是研究物理光学的主要分析手段，在科研和生产等方面发挥着极大的作用。
在光谱分析中，无论是对荧光光谱，还是穿透吸收光谱，亦或是拉曼光谱的研究，获得单色光都是不可缺少的手段。
其方法有很多，如单色光源、颜色玻璃和干涉滤光片。
除此之外，单色仪也是一种常见的获得单色光的方法。
单色仪一般通过色散、衍射等方法，将紫外、可见和红外的光谱区里的复合光分解成不同波长的单色光。
按照不同的分类标准，单色仪可以分为很多种。
常用的分类是：光栅单色仪和棱镜单色仪两种。
光栅单色仪按光束入射方式可分为正入射、掠入射和投射单色仪；按光学系统分布可分为罗兰圆和非罗兰圆两种；按衍射光栅面型可分为平面、球面和环面单色仪三种。
一、单色仪的分类简介
1、棱镜单色仪
棱镜单色
仪是晶体单色
仪的一种，此
类单色仪以晶
体作为分光元
件。
用作同步
辐射X射线波段的分光系统，由于晶体单色仪的衍射面是晶格面，所以对真空环境的要求可以比较低（10-1Pa）。
普通的棱镜单色仪通常由三部分组成，准光镜系统、色散系统和成谱系统。
如上图所示。
①准光镜系统：它是由准直光物镜L1和放在L1焦平面上的狭缝S组成；
②色散系统，它是由棱镜P等组成；
③成谱系统，它是由物镜L2和其焦平面上的像屏组成。
成谱系统形式的不同，仪器的名称就不同。
若采用的是望远镜来观察光谱，则叫做“棱镜分光镜”；若采用物镜和感光板进行摄谱，则叫做“棱镜摄谱仪”；若用狭缝来分离谱线，就叫做“单色仪”。
棱镜单色仪原理是复色光从狭缝进入，准光镜系统能够将其转变成平行光，然后入射棱镜。
色散系统将来自准光系统的平行光均匀而广泛地照射在棱镜P的折射面A上，经过棱镜的折射后，复平行光就分解成沿不同方向传播的单色光。
然后成谱系统将沿不同方向的单色平行光会聚与焦平面上，从而获得一幅彩色的光谱线图。
其实每一根谱线是狭缝的一个像。
为了使谱线像差小、成像清晰、体积小、集光本领强，人们对结构做了重要的改进。
如图所示的是WDF型棱镜单色仪。
WDF型是一种反射式棱镜单色仪，它是将
上述准光镜系统中的凸透镜L1和物镜L2用
两块凹面反射镜M1、M2代替。
其优点是能够
使狭缝射进来的复色光变成平行光的平行性
更好，且凹面镜对各种不同波长的平行光聚
于焦平面上的像不会有前后之分。
对于色散系统，只有复色光中以最小偏向角色散的单色光才能够通过狭缝S2，这样就可以通过控制棱镜转动的角度来实现单色仪的定标了。
2、光栅单色仪
与棱镜单色仪不同，光栅单色仪是通过衍射来实现复色光的分解的。
光栅光谱仪是多种多样的，其主要是由光栅、狭缝、成象系统和感光板(或出射狭缝)等部件组成。
反射式衍射光栅是在衬底上周期地
刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的
间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反
射率金属膜。
光栅沟槽表面反射的辐射相
互作用产生衍射和干涉。
对某波长，在大
多数方向消失，只在一定的有限方向出现，这些方向确定了衍射级次。
如上图所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为α，衍射角为β，衍射级次为m，d为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：
d（sinα+sinβ）=mλ（1）
定义φ为入射光线与衍射光线夹角的一半，即φ=(α-β)/2；θ为相对于零级光谱位置的光栅角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光栅方程：2dcosφsinθ=mλ（2）
从该光栅方程可看出：
（1）对一给定方向β，可以有几个波长与级次m相对应的λ满足光栅方程。
比如 600nm的一级辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。
衍射级次m可正可负。
（2）对相同级次的多波长在不同的β分布开。
（3）含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则在α+β不变的方向得到不同的波长。
所以，光栅干涉仪的结构大多是保持入射狭缝和出射狭缝不动，仅光栅自身转动来实现谱线的扫描和波长的选择。
光栅单色仪与棱镜
单色仪最大的不同主要
是在光学系统上。
以
WDP500-C平面光栅单色
仪为例，如图所示，这是
一种平面光栅单色仪的光学系统。
它的工作原理是光源发出的光均匀的照亮在位于抛物镜的焦平面上的狭缝S1，然后经过凹面镜M1的反射到光栅G上。
由光栅的衍射光再经过M1、M2的反射后射出狭缝S2。
相比于棱镜单色仪来说，光栅单色仪由于没有太多折射，光强减少相对较小，出射光强较大。
因此光栅单色仪比较容易与其它检测设备配套使用。
由于光栅相对于棱镜来说体积较小，并且光栅制作技术的不断进步，现在光栅单色仪的应用更加广泛。
因此，光栅单色仪的分类也就比较多了。
下面简介三种光栅单色仪：
（1）柱面单色仪（Dragon单色仪）下图所示的是柱面元件单色仪，它的目的是在保证衍射光束成像质量的前提下，以最小数目的光学元件、最简单的可靠波长扫描运动和最容易制造的光学表面形状为基点来实现其分光的作用系统仅由三个光学元件组成，它包括两块柱面镜和一块柱面光栅。
其中，柱面光栅是透镜光栅，由
平面显示屏和光栅屏组成，光经过柱
面屏衍射后打在显示屏上形成条纹。
（2）环面单色仪
下图所示的是环面单色仪，TGM
单色仪。
它有固定包含角，入射光束和出射光束方向不变，仅由光栅绕其自身中心一位维转动，实现全谱扫描，结构简单。
此系统的包含
角为140度—160度，衍射能量为低能段。
（3）平面光栅单色仪
平面光栅作
为衍射元件起始
于1889年，直到
1962年Murty 详
细研究了平面光
栅衍射理论，才大
大推进了平面光
栅的应用。
但是平面光栅在分光谱仪中仅起色散作用，本身无聚焦功
能，必须借助第二个光学元件进行聚焦，这对它的适用范围也有所影响。
用于学生实验室比较多。
二、两种单色仪的比较
现在的单色仪大致上分为棱镜单色仪和光栅单色仪，这两种单色仪各有各的优缺点。
棱镜的工作光谱区会受到材料的限制，因为它的允许波长有限制，当光的波长小于120nm，或大于50µm时，棱镜单色仪就无法正常工作。
而光栅的工作光谱区的限制相对宽松。
光栅的角色散率与波长无关，而棱镜的角色散率却与波长有关，所以在设计时就得考虑到不同波长的对色散率的影响。
棱镜的尺寸越大，分辨率就越高，但是这样制造就越困难了，而且耗材多。
而相同分辨率下，光栅的重量就比较轻，而且随着光栅制作技术的不断进步，光栅可以越做越小巧。
综合比较看来，光栅单色仪的优点似乎略多一些，但是光栅单色仪也存在一些短处。
比如光栅存在光谱重叠的问题，而棱镜却没有；光栅还存在鬼线，这是由于刻划误差造成的，而棱镜不存在这问题。
所以，对于某些场合，棱镜单色仪还是比光栅的更适合。
这就是它们各自的优缺点。
总结：
单色仪最早是有棱镜的色散发展过来的，但是棱镜是非线性的器材，所以随着技术的进步，人们加大了对光栅的研究。
如今光栅越来
越多地应用在单色仪中，它的优点突出。
当然也有缺点。
但是随着光栅生产技术的进步，这些缺点也在逐渐减少。
起初，单色仪的测量工作主要是人来操作的，如今随着自动化控制的进步，单色仪越来越多地采用了自动化的装置。
这样就避免了简单的人为性的失误，有效地提高了精度。
但是单色仪依旧存在一些问题有待解决，如杂散光对获得单色光的影响，缝宽对测量准确性的影响等。
由于缝宽对单色仪的波长定标的准确性有着重要的作用，在进行精密测量时，每次改变单色仪的缝宽后都要对单色仪进行重新定标才能使用。
单色仪以后的改进研究也就在这些问题上，当然还有光栅的研究工作等。