摄谱实验讲义
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实验难点：
1.仪器中影响光谱清晰度的诸多调节机构的量化控制； 2.对拍摄结果的误差分析. 简答题 1.实验中，入射狭缝的大小对光谱的拍摄没有影响。
A.是 B.不是
2.在计算波长 x 值时，没有线性假设条件是否可以进行计算？请给出原因。
思考题
1.实验中，CCD 靶面的横向宽度小于光谱成像面的横向宽度，如何拍摄连续成像谱？ 2.本实验中，能否将光谱成像面的横向宽度做到小于或等于 CCD 的靶面横向宽度？如果 能，怎么做？实际实验中未做，可能的原因是什么？ 3.三棱镜可以作为分光元件是依据什么原理？
有不同的偏向角，从而出射线方向不同。通常棱镜的折射率 n 是随波长 λ 的减小而增加的（正 常色散），所以可见光中紫光偏折最大，红光偏折最小。一般的棱镜摄谱仪都是利用这种分
光作用制成的。 本次实验中使用彩色 CCD 作为记录分析工具，代替了原来的费事耗时的黑白底片冲洗
方法；不仅如此，更为关键的是底片成像工艺已逐渐被 CCD 取代，现在只要少数行业在继 续使用。实验中，氦灯谱作为已知谱，氢灯谱和汞灯谱作为未知谱. 在实验条件都相同的情 况下，我们将三种光源谱分段拍摄下来，记录成图片格式。利用计算机处理图片的技术就可
状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气
体放电.
预备知识
分辨本领，仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为 附近的光谱时，刚刚能分辨出
两谱线的波长差。用 R 表示，R ，式中 d 为能够分辨的两谱线波长差。显然 d d
值越小，摄谱仪分辨光谱的能力越高。
以准确的将未知谱线计算出来。计算的方案是利用插值法，如图 4，将 2 1 与 d l2 l1
近似看成线性关系，则
1
2
d
dx
x
图 4 插值法计算波长原理
x 1 dx 2 1 d 实验内容
详见实验室操作板
x
1
(2
1 )
dx d
实验重点：
1.对三棱镜分光原理和分辨率的理解； 2.弄清其构造，认识其在物质分析等诸多领域的地位和作用.
L2
F
P
F2
F1 dl
f
' 2
b
图 1 三棱镜分光原理 本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，如图 2 所示。S 为光源， L 为透 镜，使 S 发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S1 为狭缝，以控制入射光的宽度；L1 的焦距 位于 S1，这样可以产生平行光，均匀的照射在阿贝棱镜的入射面上，这是摄谱仪的第一部 分。经透镜 L1 照射过来的平行光，通过阿贝棱镜中的两个 30 度三棱镜分光，并作 90 度转 向后出射，完成摄谱仪的第二部分。经过分光后的各种单色光，经过会聚透镜 L2，将各条 分离的单色谱线成像于彩色 CCD 的成像面上。通过彩色 CCD 连接的显示器，我们可以看 到各种分离的彩色谱线。利用 CCD 拍摄不同的光源谱线，记录成图片格式存储。结合现代 强大的计算机图片处理能力，对这些图片进行比对，用插值法，从已知谱线和未知谱线的位
A
B 2
C 4
实验原理
棱镜摄谱仪是利用棱镜作为发光元件的摄谱仪器。棱镜的分光原理如图 1 所示。棱镜摄 谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫 外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻 璃，对红外线用岩盐等材料.
参考书目：
1.《大学物理实验》第二册，谢行恕 康世秀 霍剑青主编，高等教育出版社 2.《中国大百科全书》I,II 中国大百科全书出版社 3.《光学教程》姚启钧高等教育出版社 4.《光谱仪器设计》吴国安 科学出版社
wk.baidu.com
基于彩色 CCD 的棱镜摄谱实验
光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用.光谱是电磁波辐射按照
波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化
学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识.在化学分析中也提供了重要的定性与定
量的分析方法.发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱.线
棱镜的分辨本领 R b dn 式中的 b 是棱镜的底边长， dn 是棱镜材料的折射率随波长
d
d
的变化率；可见，要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领，必须选用高色散率的材料制作色
散棱镜，且底边 b 要宽。棱镜的 R 大约可以达到 104 的数量积.
折射率
n
随频率或波长变化，通常我们由柯西公式来表达 n
置关系上，就可以计算出未知谱线。同时，我们在 CCD 的成像面的位置上，安装了平板玻 璃视窗转换机构，可以用 20 倍放大的广角目镜，观察全景的彩色分离光谱。
图 2 棱镜摄谱仪原理简图
图 3 阿贝复合棱镜截面图
小型摄谱仪常选用阿贝(Abbe)复合棱镜，它是由两个 30角折射棱镜和一个 45角全反 射棱镜组成，如图 3 所示。它是摄谱仪中的关键元件。在摄谱仪中，棱镜的主要作用是用来 分光，即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。折射率 n 与光的波长 λ 有关。当一束白光或其它非单色光入射棱镜时，由于折射率不同，不同波长（颜色）的光具
1.仪器中影响光谱清晰度的诸多调节机构的量化控制； 2.对拍摄结果的误差分析. 简答题 1.实验中，入射狭缝的大小对光谱的拍摄没有影响。
A.是 B.不是
2.在计算波长 x 值时，没有线性假设条件是否可以进行计算？请给出原因。
思考题
1.实验中，CCD 靶面的横向宽度小于光谱成像面的横向宽度，如何拍摄连续成像谱？ 2.本实验中，能否将光谱成像面的横向宽度做到小于或等于 CCD 的靶面横向宽度？如果 能，怎么做？实际实验中未做，可能的原因是什么？ 3.三棱镜可以作为分光元件是依据什么原理？
有不同的偏向角，从而出射线方向不同。通常棱镜的折射率 n 是随波长 λ 的减小而增加的（正 常色散），所以可见光中紫光偏折最大，红光偏折最小。一般的棱镜摄谱仪都是利用这种分
光作用制成的。 本次实验中使用彩色 CCD 作为记录分析工具，代替了原来的费事耗时的黑白底片冲洗
方法；不仅如此，更为关键的是底片成像工艺已逐渐被 CCD 取代，现在只要少数行业在继 续使用。实验中，氦灯谱作为已知谱，氢灯谱和汞灯谱作为未知谱. 在实验条件都相同的情 况下，我们将三种光源谱分段拍摄下来，记录成图片格式。利用计算机处理图片的技术就可
状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气
体放电.
预备知识
分辨本领，仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为 附近的光谱时，刚刚能分辨出
两谱线的波长差。用 R 表示，R ，式中 d 为能够分辨的两谱线波长差。显然 d d
值越小，摄谱仪分辨光谱的能力越高。
以准确的将未知谱线计算出来。计算的方案是利用插值法，如图 4，将 2 1 与 d l2 l1
近似看成线性关系，则
1
2
d
dx
x
图 4 插值法计算波长原理
x 1 dx 2 1 d 实验内容
详见实验室操作板
x
1
(2
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实验重点：
1.对三棱镜分光原理和分辨率的理解； 2.弄清其构造，认识其在物质分析等诸多领域的地位和作用.
L2
F
P
F2
F1 dl
f
' 2
b
图 1 三棱镜分光原理 本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，如图 2 所示。S 为光源， L 为透 镜，使 S 发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S1 为狭缝，以控制入射光的宽度；L1 的焦距 位于 S1，这样可以产生平行光，均匀的照射在阿贝棱镜的入射面上，这是摄谱仪的第一部 分。经透镜 L1 照射过来的平行光，通过阿贝棱镜中的两个 30 度三棱镜分光，并作 90 度转 向后出射，完成摄谱仪的第二部分。经过分光后的各种单色光，经过会聚透镜 L2，将各条 分离的单色谱线成像于彩色 CCD 的成像面上。通过彩色 CCD 连接的显示器，我们可以看 到各种分离的彩色谱线。利用 CCD 拍摄不同的光源谱线，记录成图片格式存储。结合现代 强大的计算机图片处理能力，对这些图片进行比对，用插值法，从已知谱线和未知谱线的位
A
B 2
C 4
实验原理
棱镜摄谱仪是利用棱镜作为发光元件的摄谱仪器。棱镜的分光原理如图 1 所示。棱镜摄 谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫 外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻 璃，对红外线用岩盐等材料.
参考书目：
1.《大学物理实验》第二册，谢行恕 康世秀 霍剑青主编，高等教育出版社 2.《中国大百科全书》I,II 中国大百科全书出版社 3.《光学教程》姚启钧高等教育出版社 4.《光谱仪器设计》吴国安 科学出版社
wk.baidu.com
基于彩色 CCD 的棱镜摄谱实验
光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用.光谱是电磁波辐射按照
波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化
学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识.在化学分析中也提供了重要的定性与定
量的分析方法.发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱.线
棱镜的分辨本领 R b dn 式中的 b 是棱镜的底边长， dn 是棱镜材料的折射率随波长
d
d
的变化率；可见，要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领，必须选用高色散率的材料制作色
散棱镜，且底边 b 要宽。棱镜的 R 大约可以达到 104 的数量积.
折射率
n
随频率或波长变化，通常我们由柯西公式来表达 n
置关系上，就可以计算出未知谱线。同时，我们在 CCD 的成像面的位置上，安装了平板玻 璃视窗转换机构，可以用 20 倍放大的广角目镜，观察全景的彩色分离光谱。
图 2 棱镜摄谱仪原理简图
图 3 阿贝复合棱镜截面图
小型摄谱仪常选用阿贝(Abbe)复合棱镜，它是由两个 30角折射棱镜和一个 45角全反 射棱镜组成，如图 3 所示。它是摄谱仪中的关键元件。在摄谱仪中，棱镜的主要作用是用来 分光，即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。折射率 n 与光的波长 λ 有关。当一束白光或其它非单色光入射棱镜时，由于折射率不同，不同波长（颜色）的光具