多功能光栅光谱仪(单色仪)构造图解读

多功能光栅光谱仪的使用-PPT课件

将光谱仪电压调到500 V左右，可见的光谱为 589.0nm、589.6nm。
3.观察氢——氘原子光谱并描绘测得的图象 ,利用测得的数据值计算里德伯常数。将光谱仪电压调到1000 V左右，可测的氢光谱为 410.17nm、434.05nm、486.13nm、656.28nm。计算氢原子的里德波常熟，并计算D，H的原子核质量比。
n
其中 n

*
R n
*2
* n n , 为有效量子数，当无限大时，
为线系限的波数
钠原子光谱项
R R T= *2 n (n )2
它与氢原子光谱项的差别在于有效量子数n 不是整数，而是主量子数n减去一个数值Δ ，即量子修正 Δ ，称为量子缺。量子缺是由原子实的极化和价电子在原子实中的贯穿引起的。
三、注意事项
1.光电倍增管不宜受强光照射（会引起雪崩效应），因此测量时不要使入射光太强。 2.氢、氘光的谱线相隔很近，因此测量时要求灵敏度最高（能量间隔0.01nm），电压接近1000伏；保持室内安静。同时，由于氢、氘灯的电压很高（4000 伏左右），在使用过程中不要轻易触摸。 3.为了保证测量仪器的安全，在测量中不要任意切换光电倍增管和CCD；入射狭缝的调节范围在2nm内，若入射狭缝已经关闭就不要再逆时针旋动螺栓，以免损坏狭缝。
多功能光栅光谱仪的使用
-氢（氘）、钠原子发射光谱的研究
孟
祥
省
物理工程学院 qfxsmeng163
一、原理
仪器设备
WGD－8A型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用的是切尔尼--特纳装置（C-T）型，如图所示。

4-05光栅光谱仪

色散本领： i) 角色散本领：
dq
dq k Dq º = dl d cosq k

单位：°/nm 色散本领指的是中心位置！
ii) 线色散本领：
光栅周期d越小、衍射级数k越高，色散本领越大。
dl kf Dl º = fDq = dl d cosq k
单位：mm/nm
焦距越大、色散本领越大，线色散本领越大。
1级 3级 2级
sin k

d
光栅公式： d sin k 区别于棱镜光谱仪的是光栅光谱仪有多套光谱，分别对应于光栅的不同衍射级次，而棱镜光谱仪只有一套。
0级
2. 光栅的色散本领和色分辨本领
光谱仪的参数
1. 2. 3. 4. 5. 6. 分开不同波长的光：色散本领、色分辨本领自由光谱范围记录不同波长的光的强度：强度分辨本领时间分辨本领效率价格
1.光源 1. 2. 3. 4. 5. 6.
2.照明准直
3.分光
4.成像
5.接收
原子发光和吸收分子吸收喇曼散射荧光激光氙灯钨灯
1. 2. 3. 4.
物质（棱镜）衍射（光栅）干涉（F－P）干涉（傅里叶）
1. 2. 3. 4. 5.
直读照相光电 CCD CMOS
1. 光栅的分光原理
dn R b d
作业
p.30: 1, 3, 4
600线/mm,458nm
光栅光谱仪
被测样品
匹配透镜
入射狭缝
探测器
出射狭缝
光谱仪 & 单色仪
小型光纤光谱仪
5. 棱镜光谱仪的色散本领
dn b dn 2 2 1 n sin 2 d a d 2 sin 2

光栅的选择与分析

最基础的光栅方程如下：(1-1)在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定，光栅绕其中心旋转。

因此，分离角D V成为常数，由下式决定，(1-2)对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程(1-1)可改写为：(1-3)假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出，参看图1.1、1.2和第2.6节。

图 1.1 单色仪结构示意图 1.2 摄谱仪结构示意L= 入射臂长度AL= 波长l n处出射臂长度Bb=光谱面法线和光栅面法线的夹角HL=光栅中心到光谱面的垂直距离H1.2 角色散rad/nm (1-4)dβ = 两个不同波长衍射后角度的差值（弧度）dλ = 两个波长的差值（nm）1.3 线色散线色散定义为聚焦平面上沿光谱展开方向单位长度对应的光谱宽度，单位是nm/mm，Å/mm，cm-1/mm。

以两台线色散不同的光谱仪为例，其中一台将一段0.1nm宽的光谱衍射展开为1mm，而另一台则将10nm宽的光谱衍射展开为1mm。

很容易想象，精细的光谱信息更容易通过第一台光谱仪得到，而非第二台。

相比于第一台的高色散，第二台光谱仪只能被称为低色散仪器。

线色散指标反映了光谱仪分辨精细光谱细节的能力。

中心波长l在垂直衍射光束方向的线色散可表示为：nm/mm (1-5)式中L B为等效出射焦距长度，单位mm，而dx是单位间隔，单位mm。

参见图1.1。

单色仪中，L B为聚焦镜到出口狭缝的距离，或者当光栅为凹面型时光栅到出口狭缝的距离。

因此，线色散与cos b成正比，而与出射焦长L B、衍射级数k以及刻线密度n这些参数成反比。

对于摄谱仪而言，任一波长的线色散可通过衍射方向垂直光谱面的波长l其色散值经倾斜角(g)的余弦修正得到。

图1.2给出了“平场”摄谱仪的结构，n通常它同线阵二极管配合使用。

线色散：(1-6)(1-7)(1-8)1.4 波长和衍射阶次图1.3给出了摄谱仪中聚焦光谱面上光谱范围从200nm到1000nm的一级衍射谱。

光栅光谱仪

单缝衍射中央主极大方向光栅衍射中央主极大方向
q b -q b D
qb
d
图4.4-10 闪耀光栅的衍射（垂直槽面照射）
② 平行光垂直光栅平面入射由于刻槽表面相对于光栅面法线方向夹角为qb，单槽衍射的0级极大值不再沿刻槽面法线方向，而是沿与光栅面夹角 q0=2qb的反射方向。相邻刻
槽表面反射的光束间的光程差变为：D=dsin(2qb)。因此，闪耀条件变为， j= 1, 2, 3, · · ·
4、光栅的色分辨本领
色散本领只反映谱线（主极强）中心分离的程度，它不能说明两条谱线是否重迭，要分辨波长很接近的谱线需
要每条谱线都很细。
λ λ+δλ 角间隔：δθ 谱线半角宽度:Δθ 无法分辨:Δθ＞δθ 刚好分辨:Δθ =δθ 较好分辨:Δθห้องสมุดไป่ตู้δθ （见图2-2）
瑞利判据： Δθ=δθ 两条谱线刚好分辨的极限谱线的半角宽度：△θ=λ/(N d cosθk ) δλ=δθ /Dθ= △θ/Dθ = (λ/N d cosθk ) / [k /(d cosθk) ] =λ/(N k) δλ越小，色分辨本领越大。分光仪器的色分辨本领定义为：R=λ/δλ 光栅的色分辨本领公式为：R=N k 只与k、N有关，与d无关。
( j 0,1,2,3, ) 布喇格方程
即当满足上式时，各层面上的众多粒子的无穷次波（即反射光）相干加强，形成细锐的亮点，称为 j 级衍射主极大。
因为晶体中粒子排列的空间性，所以，劳厄斑是由空间分布的亮斑组成。
X射线衍射现象
晶体
X 射线
劳厄斑
诺贝尔奖颁奖现场
X 射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。 1953年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用 X 射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸（DNA) 的双螺旋结构，荣获了1962 年度诺贝尔生物和医学奖。

光栅光谱仪——精选推荐

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 αβΔ=±，α为入射角，β图1光栅光谱仪示意图为衍射角，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0,1,2,±±L ±0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。

衍射角度随波长的变化关系，时，出称为光栅的角色散特性，当入射角给定可以由光栅方程导cos d m d d βλβ=， (1.2) 2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平角度复色入射光进入狭缝S1后，经M 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。

光栅单色仪的调整和使用 (11)

光栅单色仪的调整和使用实验题目：光栅单色仪的调整和使用实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、LED和汞灯的光谱了解单色仪的特点。

实验原理：一.光栅单色仪的结构和原理2、分光系统，3、接受系统。

单色仪的光源有：火焰、电火花、激光、高低压气体灯（钠灯、汞灯等）、星体、太阳等。

如下图所视，当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图）时，光栅的闪耀角为θ。

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φ、θ一定时，波长λ与d成正比。

几何光学的方向为闪耀方向，则可以算出不同入射角时的闪耀波长，由于几何光学方向为入射角等于反射角的方向，即)(bbθθθφ---=-，所以有φθθ-=b2，光栅方程式改为：λφθφ=-+))2sin((sinbd单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm光栅的面积64⨯64mm2光栅的刻划密度为1200线/mm二、狭缝宽度缝宽过大时实际分辨率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小。

最佳狭缝宽度为：Dfanλ=86.0。

其中f为抛物镜的焦距，D是由光栅和抛物镜的口径限图1 单色仪的组成光源透镜分光系统接收系统系统制的光束的直径，实验中f ＝500mm ，D=64mm 。

根据光学的理论知识可知，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。

根据光学的理论知识可以知道，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。

理论上它们分别为：式中N 为光栅的总线数，在本实验中N 为64⨯1200=76800，m 为所用的光的衍射级次，本实验中m=1。

实验中由于光学系统的象差和调整误差，杂散光和噪声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，所以实际的谱线半角宽度远远大于理论值，因此光谱仪的实际分辨本领远远小于76800。

数据及数据处理：焦距f=500mm.光栅的面积64⨯64mm 2 光栅的宽度D=64mm ，光栅的刻划密度为1200线/mm,1、最佳狭缝宽度D fa n λ=86.0=0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891μm D fa n λ=86.0=0.86×500 ×576.96/64 nm=3.876μm2、理论分辨本领R=1×64×1200=76800m 为干涉级次，这里m=1，N 为光栅的总线条数。

光栅式光谱仪原理剖析

➢ 光路中的光栏和挡光板起限制视场外多余光束的作用，以利于减少仪器的杂散光。
四、光栅的转动机构 1.由光栅转角测波长
单色仪和分光光度计中，入射和出射狭缝位置都是固定的，所以一旦光栅安装好后，入射光与出射光之间的夹角δ就固定不变了，如图12.2-6所示 (图中δ=900)。用δ角的平分线B作为光栅转动角度的度量起点线，当光栅转动角度时（N为光栅法线）应有以下关系式：
➢ 设摇杆AC长为L，螺杆B直线位移S，显然：
S Lsin
➢ 将式 K sin 代入上式得
K S...........(7)
L
此面为光栅平面
A
L
φ
C
S B
转盘光栅
图12.2-137 光栅光谱仪中的正弦机构
➢
➢ 故波长λ与螺杆直线位移量S成线性关系。也与
螺杆转角成线性关系。
➢ 光栅光谱仪巧妙地用一，变成波长与螺杆位移的线性关系，实现了测量的线性化。
12.2-5所示。大多数光栅光谱仪采用此系统。
➢ 光栅中心位于入射光线与出射光线的对称轴上，两个球面反射镜的焦距均为 300mm,入射与出射狭缝位于球面镜的焦面。
➢ 平面反光镜作为折光镜将出射光线折转 900，以使出缝与入缝 900的垂直分布，可以避免因为光源与光电接收器距离过近而相互干扰。
dsin i sin .........( 1)
入射与出射光在光栅法线同侧取+号，在异侧取负号。
dsin
1
d
i
2’
dsini
1’
图12.2-1
dsin
i dsini
➢ 如图12.2-2所示，光栅光谱仪中，入射与出射光在光栅法线异侧，取负号。

单色仪的调整和使用

单色仪的调整和使用实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。

实验原理：一、光栅单色仪的结构和原理如图1 所示，光栅单色仪由三部分组成：1、光源和照明系统，2、分光系统，3、接受系统。

单色仪的光源有：火焰（燃烧气体：乙炔、甲烷、氢气）、电火花、电弧（电火花发生器）、激光、高低压气体灯（钠灯、汞灯等）、星体、太阳等。

光栅单色仪的分光系统如图2所示，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M1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。

图1 单色仪的组成透镜接收系统S1当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。

图2 所示为李特洛式系统，这种系统结构简单、尺寸小、象差小、分辨率高，更换光栅方便。

分光系统中的光栅是闪耀光栅，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光栅，由于光栅的机械加工要求很高，所以一般使用的光栅是该光栅复制的光栅，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即几何光学的方向集中了光的大部分能量，这个方向就是闪耀光栅的闪耀方向，使用闪耀光栅可以大大提高光栅的衍射效率，从而提高了测量的信噪比。

二：单色仪外观图N入射光φ θbd衍射光-θ 图3 闪耀光栅的工作原理n-θb 图 4 单色仪外观图（1）入射狭缝（2）出射狭缝（3）出射狭缝前后调节螺钉（4）波长显示器（5）手动扫描旋钮（6）仪器铭牌（7）扫描速度旋钮（8）扫描方向开关（9）扫描启停开关（10）电源指示灯（11）报警灯（12）电源开关（13）本机/计算机转换开关（14）前透镜（15）钨灯（16）导轨（17）光电倍增管（18）测光仪后面板（19）测光仪前面板（20）光电头电缆（21）钨灯电缆（22）计算机电缆理论值的计算:焦距f=500mm.光栅的面积64⨯64mm 2 光栅的宽度D=64mm ，光栅的刻划密度为1200线/mm1、最佳狭缝宽度由于汞灯是原子发光，所以它的光谱为间断的，理论可知它会出现两个波峰风别为576.96nm 和579.06nm 所以可得它的最佳狭缝宽度为D fW a o n λ86.0===0.86×500 ×579.06/64 nm=3.891μm D fW a o n λ86.0===0.86×500 ×576.96/64 nm=3.876μm 2、理论分辨本领Rm 为干涉级次，这里m=1，N 为光栅的总线条数。

WGD-88A型多功能光栅光谱使用

WGD-8/8A型多功能光栅光谱使用
目的要求
1.了解光谱仪的结构原理，掌握定标光谱仪的方法；
2.测定氢光谱的巴尔末线系的波长，验算里德伯常数；
3.了解谱线自动测量方法；
实验仪器
WGD-8/8A型多功能光栅光谱仪、汞灯、氢灯及电源
实验原理
1. 光谱仪基本结构
本实验使用的WGD-8A型多功能光栅光谱仪，属于反射式光栅光谱仪，光路见图1。

图1 光学原理图
M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅
S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收
WGD－8/8A型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm连续
1.对单色仪进行标定目的是什么？试总结制作单色仪校准
的关键。

2.标定单色仪时，未把读数显微镜的竖丝对准出射狭缝S2的
正中，对测量有什么影响？
3.从单色仪出射狭缝S2射出的光是真正的“单色光”吗？当
的S2宽度不变时，从S2射出来的红色光与紫色光所包含的∆是否相同？
波长范围λ
4.如何测定一滤色片（颜色玻璃）的透光率曲线？。

多功能光栅光谱仪的使用

多功能光栅光谱仪的使用多功能光栅光谱仪（Multifunctional Grating Spectrometer）是一种用于光谱分析的仪器，通过将输入光束分散成不同波长的光线并测量其强度来研究物质的光谱特性。

本文将介绍多功能光栅光谱仪的基本原理、使用方法和应用领域。

多功能光栅光谱仪的基本原理是利用光栅的衍射效应将输入光束分散成不同波长的光线。

光栅是一种具有周期性结构的透明或不透明平面，其周期性结构可以将输入光束分成多个亮度不同的光束。

多功能光栅光谱仪通过选择合适的光栅结构和调节入射光角度，可以使不同波长的光线呈现在不同的角度上，从而实现波长的分离。

然后，可以使用光电探测器测量每个角度上的光线强度，进而得到光谱分布。

1.准备工作：首先，需要安装好多功能光栅光谱仪，将光谱仪与电源连接，并确保仪器处于正确的工作状态。

2.设置参数：根据实验需要，选择适当的光栅结构和入射光的角度。

通常，光栅的选择取决于要研究的波长范围和光谱分辨率的要求。

3.调节入射光：将入射光线引导到光栅上，并调节入射光的角度使其与光栅相交。

通常，光栅仪器上会标有入射光角的刻度，可以根据需要进行调节。

4.接收光信号：将光电探测器放置在正确的位置上以接收经过光栅分散的光线。

在测量过程中，可以使用示波器或光电多道计数器来记录光谱，或者使用计算机进行数据采集和处理。

5.数据分析：获取光谱数据后，可以进行进一步的分析。

根据需要，可以计算光谱的峰值位置、峰谷强度比以及光谱带宽等参数。

同时，还可以进一步分析光谱与物质的相互作用等。

1.光谱学研究：多功能光栅光谱仪可用于研究物质的吸收、发射、散射光谱等特性。

例如，可通过测量不同波长的光线强度来分析材料的组成、结构和变化。

2.光谱成像：多功能光栅光谱仪结合适当的成像装置，可以进行光谱成像。

通过以高空间分辨率获取光谱信息，可以实现对材料的局部成分和结构的准确分析。

3.光谱光学：多功能光栅光谱仪可用于光学元件的测试和校准。

【精编】大学物理实验--光栅单色仪PPT课件

单色仪的分光系统—矩形光栅
入射光垂直矩形光栅时衍射光强的分布公式：
II0(s i n)2(ssiinN n)2
单缝衍射因子干涉因子
asin
dsin
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
DVD-Audio是音乐碟片，用途类似音乐CD，不过目前在市场上比较少见，尚未得到大规模的应用。
DVD Recordable（可写DVD）
DVD-R（或称 DVD-Write-Once）是限录一次的DVD，用途类似于CD-R。因数据写入后就不能再被修改，所以也称它为一次性写入式DVD光盘。DVD-R具有比CD-R 更高的记录容量（约6片CD-R的容量）。现在第二代DVD-R光盘单面容量已达到了 4.7GB，这将给DVD产品带来更广阔的发展前景。
按盘片的容量分
1.DVD-5的规格：单面单层，所以标准的资料记录量为4.7GB。目前市场中以这种规格的DVD光盘居多，因为这个规格的生
产成熟度最高。 2. DVD-l0的规格：双面单层，也就是DVD 片的正反面都可以储存资料，所以标准的资料记录量为9.4GB，为DVD-5的两倍。
按盘片的容量分
9.DVD除了提供原音重现的功能之外，还能提供实时文字信息和影像画面，让用户能够对单纯的音乐储存媒体进行多元化应用。 •
10.各种应用层面的DVD影碟机和DVD驱动器，都能够部分或全部彼此拥有兼容性，DVD驱动器也可读取CD-ROM光盘。
DVD盘片的分类
一、按照用途分
1. DVD-ROM（只读DVD） 2. DVD Video（视频DVD） 3. 3 .DVD Audio（音频DVD） 4. 4 .DVD Recordable（可写DVD） 5. 5 . DVD-RAM （DVD随机存储器，也

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。

光栅光谱仪结构

光栅光谱仪结构
光栅光谱仪的结构主要由以下组成部分：
1. 光源：提供光信号，通常使用白炽灯、氙气灯、汞灯等。

2. 入射口：将光源产生的光束引入光栅光谱仪。

3. 光栅：用于分离不同波长的光线，一般采用平行光栅或反射光栅。

4. 狭缝：用于限制进入光栅的光线方向和光束的宽度，使其成为一个单色光束。

5. 检测器：检测经过光栅分光后的光线，一般使用光电二极管、CCD等。

6. 光路调整系统：用于调整光路的长度和角度，确保光束垂直于光栅表面。

7. 控制系统：用于控制整个光谱仪的操作，包括光源、光栅、检测器等部件的加热、冷却、调整和数据采集以及分析等。

综上所述，光栅光谱仪的结构主要由光源、入射口、光栅、狭缝、检测器、光路调整系统和控制系统组成，可以实现对不同波长的光线进行精确的分离和测量。

光栅光谱仪实验

例：用氘灯谱线校准
利用氘灯的两根谱线的波长值（标准值为486.0nm 和656.0nm）来进行校准仪器。根据能量信号大小手工调节入射狭缝和出射狭缝，扫描氘灯光谱。如果波长有偏差，用“零点波长校正”功能进行校正。
6、分别扫描不同光源的光谱调节光源，使其在单色义的波长范围
内有最大的输出。根据测量对系统参数进行相应的设置。根据测量学要对出射、入射狭缝宽度进行相应的设置。按 “3 软件系统”进行操作。
色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量和分析中最常用的仪器，
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
实验仪器
WDS8A型组合式多功能光栅光谱仪计算机氘灯、钠灯、汞灯等各种光源
实验原理
1. 光栅光谱仪结构示意图
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
提要
实验背景实验目的实验仪器实验原理思考问题注意事项
实验背景
1.光谱：按一定次序排列的彩色光带。 2.光谱分类：（1）按照波长划分:γ射线(0.04nm以下),X射线 (0.04～5nm),光学光谱(5nm～600μm),微波波谱(1mm～1m)。通常所说的光谱仅指光学光谱。（2）按其外形划分：连续光谱、带光谱和线光谱。（3）按照电磁辐射的本质划分：分子光谱、原子光谱、X射线能谱和γ射线能谱。
3. 光谱的特点及成因：
定义：由发光生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的
谱
光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
光
｛线状光谱
产生条件：稀薄气体发光形成的光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明

大学物理实验光栅单色仪

数据处理
• 根据所记录的实验数据，用Excel 或者 Origin 画出实验曲线（汞灯谱线要标出相对应的波长，各种滤光片的透过率曲线都画在同一幅图内，并用颜色和线型区分）。 • 描述各滤光片的特性。讨论两个重叠滤色片的透过率与它们各自透过率的关系。
注意事项
• 注意仪器安全，装上光电倍增管后需要等待5 分钟，方可加高压工作，实验过程中严禁取下倍增管。切勿在加有高压的状态下取出光电倍增管，否则极易损坏探测器。 • 汞灯和溴钨灯使用时需要预热几分钟，使之达到正常工作状态。 • 汞灯熄灭后，必须等其完全冷却后才能重新启动。 • 实验结束后须先将光电倍增管高压降至 0V，然后关掉电源开关。
单色仪的分光系统—矩形光栅
入射光垂直矩形光栅时衍射光强的分布公式：
sin 2 sin N 2 I I0 ( ) ( ) sin
单缝衍射因子干涉因子
a sin
d sin
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
T 0
实验内容
• 测量绿、红、蓝、黄、品和青色滤光片的透过率曲线。 • 确定绿色滤光片的峰值、峰值波长及半高宽。 • 确定红、蓝、黄、品和青色滤光片的截止波长（通带第一个峰值的40%强度处所对应波长）。 • 根据蓝、黄、品和青色滤光片的光谱特性，选用两种颜色滤波片的组合分别设计512nm和536nm窄带滤波片（峰值尽量窄和高），并测量透过率曲线。
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

高二物理竞赛光栅光谱仪PPT(课件)

第四章衍射光栅
§1、光栅光谱仪
光栅的 1）电矢量的 p 反射分量在入射角等于布儒斯特角时发生突变：
缝间干涉极大的光程差条件
能量几乎全部集中到一个
色分辨本领选用闪耀角为的光栅，问当平行光以垂
与成正比，与无关。
垂直光栅平面方式入射。
1）瑞利判据：（2）自由光谱范围值：
分析红外波段
附近的一级光谱，决定
Nd cos 垂直光栅平面方式入射。
直槽面方向入射时光栅的刻槽密度应为多少？
选用闪耀角为的光栅，问当平行光以垂
得：（2）自由光谱范围值：
R kN 此时单元衍射零级极大方向
分析红外波段
附近的一级光谱，决定
求在
的一级光谱附近刚能分辨的最小
k d cos
R kN 3）讨论：与垂直光栅平面方式入射。
分析红外波段
附近的一级光谱，决定
垂直光栅平面方式入射。
0
b
的反射方向色分辨本领
1）电矢量的 p 反射分量在入射角等于布儒斯特角时发生突变：
不能说明两条谱线重叠得是否可以分辨，
垂直光栅平面方式入射。
相邻槽面间的入反射光线两选，条用谱闪线耀的角最为小波的长光间栅隔，问之当比平行光以垂
色分辨本领
沿此方向的光程差为：能量几乎全部集中到一个
（2）除与单元零级衍射极强重叠的干涉主极强外，其余缝间干涉主极强均缺级。
因为：d a
缺级公式变成：
k m d m m 0
a
能量几乎全部集中到一个非零级彩色干涉主极强上
形成了强烈的彩色闪耀光谱
4）平行光垂直槽面入射时
在单元衍射零级极强方向上满足缝间干涉极大的光程差条件

光谱仪结构

光谱仪结构
光源是产生光的设备，通常使用的是氙灯、汞灯、钠灯等，可以产生特定波长的光线。

光栅是光谱仪的核心部件，其主要作用是将来自光源的光分散成不同波长的光谱。

光栅的质量和制作工艺直接影响光谱仪的分辨率和精度。

单色器是使用光栅将光分散后，用于选择特定波长光线的部件。

常用的单色器有单色光滤波器、光栅单色器和干涉仪等。

检测器是用于测量光谱的强度和波长的设备。

常用的检测器有光电倍增管、CCD和光电二极管等。

数据处理系统则是用于收集、分析和处理检测器所测量到的光谱数据的软件和硬件。

综上所述，光谱仪的结构是一个复杂的系统，各个部件的协调运作才能实现准确的光谱测量和分析。

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