多功能光栅光谱仪的使用及实验 -PPT课件
4-04 光栅光谱仪
5.1 实验装置和衍射图样 5.2 N缝衍射的振幅和强度分布 5.3 缝间干涉因子的特点 5.4 单缝衍射因子的作用 补：干涉和衍射的区别与联系 5.5 复振幅的计算 黑白光栅和正弦光栅
第三章：光的干涉 § 5 多缝夫琅和费衍射
光栅(grating)：具有周期性空间结构或光学性能的衍射屏统 称为光栅
2
a sin d sin
缝间干涉因子（N元干涉因子） 单缝衍射因子（单元因子）
sin sin N I I 0 sin
2
2
N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 N=7
第三章：光的干涉 § 5 多缝夫琅和费衍射：
5.2 N缝衍射的振幅和强度分布
a OC 2 sin
OB N 2 OC sin N
sin N A a sin 2 sin N I a sin
其中：
2
2 2 sin sin N a0 sin
Nd cos k
第三章：光的干涉 § 5 多缝夫琅和费衍射
5.3 缝间干涉因子的特点 零点：
m 位置 sin k N d
k 0 , 1, 2 , , n m 1, 2 , , N 1
次极大： 数目 N 2 N=4 N=5
单位：mm/nm
焦距越大、色散本领越大，线色散本领越大。
第三章：光的干涉 § 6 光栅光谱仪
6.2 光栅的色散本领和色分辨本领 色分辨本领：
Nd cos k i) 最小分辨波长： D kN ii) 分辨本领：R kN
物理实验之光栅光谱仪的使用
一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应， 阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些 光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电 子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生 二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍 增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍 增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电 压信号的形式输出，其原理如图2所示。
2 光栅光谱仪：
多功能光栅光谱仪(单色仪)是一个光谱分析研究 的通用设备。可以研究诸如氢氘光谱，钠光谱等元素
光谱（使用元素灯作为光源）。本实验中使用的就是 WDS-8型光栅光谱仪。
光栅光谱仪结构如图1 所示。光栅光谱仪的色散 元件为闪耀光栅。
图1 光栅光谱仪的内部结构
近代物理实验 光栅光谱仪的使用
1) 热辐射： 任何物质，一定温度下都在吸收外来辐射的电磁 波，也在向外辐射电磁波。平衡时，吸收的能量和辐 射的能量相等。这种辐射称为热辐射。
的系数。 不同波长电磁波的黑体辐射强度不一样，强度最
大的波长用 m 表示。根据维恩（Wien）位无反射吸收，
m ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
光栅光谱仪的使用技巧与光谱解读
光栅光谱仪的使用技巧与光谱解读光栅光谱仪是一种常用的光学仪器，用于分析物质的光谱特性。
它可以通过光的折射、反射等现象将光分解成不同波长的颜色，并用光栅进行分光，最终得到光谱图。
本文将介绍光栅光谱仪的使用技巧以及如何解读光谱图。
一、光栅光谱仪的使用技巧1. 准备工作在使用光栅光谱仪之前，首先需要对仪器进行准备工作。
检查仪器是否正常运行，保证光源的光强和稳定性，调整光栅的位置和角度等。
还需要清洁仪器，确保光学元件的透明度和表面平整度。
2. 光谱采集光谱采集是使用光栅光谱仪的关键步骤。
在进行光谱采集时，应选择合适的光源和样品，并将样品固定在光路中。
根据需要，可以选择透射光谱或者反射光谱进行测量。
在光谱采集过程中，需要注意光栅的选取和调整。
光栅的刻线数目和刻线间距会影响到光谱的分辨能力和精确度。
此外，还需根据样品的性质和所需的测量范围，选择合适的光栅波长范围。
3. 数据处理光栅光谱仪采集到的光谱数据通常是以图像或光强数据显示的。
对于图像数据，可以通过图像处理软件对图像进行分析和处理。
对于光强数据，可以使用光谱分析软件进行分析。
在数据处理过程中，需要进行背景校正和信号平滑处理，以提高数据的准确性和可靠性。
此外，还可以进行峰识别和峰拟合，以获得更详细的光谱信息。
二、光谱解读光谱是物质相互作用后产生的一种特征性信息，通过对光谱的解读可以获取样品的成分、结构和性质等信息。
1. 波长和强度光谱中的波长和强度是光谱解读的基本要素。
波长可以用来确定光的颜色及其对应的频率和能量，不同波长的光在相互作用后会有不同的行为。
强度则反映了光的辐射能力，可以用来确定样品吸收、发射或散射光的强弱。
通过对波长和强度的分析，可以了解样品的能级结构、激发态和基态等信息。
2. 谱线和峰光谱图中的谱线和峰是光谱解读的重要指标。
谱线是指光谱图中产生的光谱线条，可以用来确定样品中的特定成分或物理现象。
峰则是光谱图中的波峰，表示光强的峰值。
峰的位置、高度和形状都可以提供关于样品的信息。
实验4 光栅光谱仪实验
实验四 光栅光谱仪实验一、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, 计算机系统三、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S 1、准直球面反射镜M 1、衍射光栅G 、聚焦球面反射镜M 2、输出狭缝S 2/S 3以及光电倍增管PMT/电荷耦合器件CCD 等光电接收转换器件构成。
图1光栅光谱仪示意图 图2 光栅转动系统示意图衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，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Δs = d (sin α ± sin β)，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)该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α=0，光栅方程变为d sin β = m λ。
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(1.1)导出 d d cos m d βλβ= (1.1) 复色入射光进入狭缝S 1后，经M 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S 2上，再由S 2后面的电光探测器记录该波长的光强度。
光栅光谱仪的使用
光栅光谱仪的使用实验预习报告学院机械工程班级物流1602学号41604561姓名潘菁一、实验目的与实验仪器【实验目的】1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性。
2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪。
3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱。
4）测定光栅光谱仪的色分辨能力。
5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。
【实验仪器】WDS-3平面光栅光谱仪，汞灯，钨灯&氘灯组件，干涉滤光片等。
二、实验原理1.平面反射式闪耀光栅原理（1）平面反射式光栅与光栅方程平面反射式光栅是在衬底上周期地刻划很多细微的刻槽，表面涂有一层高反射率金属膜，其横断面如图所示。
平面反射式光栅衍射如图所示。
()λθksin=sin+id=这是平面反射式光栅的光栅方程，其中d为光栅常数，k是光谱级。
规定衍射角θ恒为正，i 与θ在光栅平面法线的同侧时为正，异侧为负。
在常用的平面光栅光谱仪中，安放光栅的方式使光栅方程转化为λθk d =sin 2从上式可以看出，λk 值相同的谱线，衍射角度θ相同，即在相同的衍射角度θ出现衍射级次为、、、321===k k k …不同波长的光同时出现的情况，这些波长满足32321λλλ==的关系。
（2）闪耀问题图是N=4时的光栅相对光强分布曲线。
从图中可以看到，θααsin sin -曲线是包在θββsin sin sin -N 曲线外面的“包络”，它决定后者在什么地方高、在什么地方低，即决定光谱线的强度。
由此可见，衍射因子决定光谱线的强度，干涉因子决定光谱线的位置。
在常用的平面光栅光谱仪里，所拍摄的光谱满足i =θ，可以推出这时有γθ==i ，有kd γλsin 2=通常把这个波长叫做闪耀波长。
2.平面光栅光谱仪结构与组成本实验所用平面光栅光谱仪外观如图所示。
光栅光谱仪主要由光学系统、电系统和计算机组成。
整套仪器由计算机控制。
（1）光学系统光栅光谱仪光学系统原理如图所示。
光源发出的光进入狭缝S1，S1位于反射式准光镜的焦面上，通过S1射入的光束M1反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光经物镜成像在S2上。
多功能光栅光谱仪的使用及实验 -
R R
(nl)2 (nl)2
如果令 n,l 固定，而 n依次改变（l 的选择定则为
l =±1），则得到一系列的 % 值，它们构成一个光 谱线系。光谱中常用 n,l ，nl 这种符号表示线系。
l 0,1,2,3
分别用S,P,D,F表示。钠原子光谱有四个线系：
主线系（P线系）：3S-nP，
n=3,4,5,…；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
漫线系（D线系）：3P-nD,
n=3,4,5,…；
锐线系（S线系）：3P-nS，
n=4,5,6,…；
基线系（F线系）：3P-nF，
n=4,5,6,…；
在钠原子光谱的四个线系中，只有主线系的下级 是基态（3S1/2能级），在光谱学中，称主线系的第 一组线（双线）为共振线，钠原子的共振线就是有名 的黄双线（589.0nm和589.6nm）。
原子能量的这两项修正都与价电子的角动量有关，
角量子数l 越小，椭圆轨道的偏心率就越大，轨道贯穿
和原子实极化越显著，原子能量也越低。因此，价电
子越靠近原子实，即n越小、l 越小时，量子缺Δ越大
（当n较小时，量子缺主要决定于l，实验中近似认为
Δ与n 无关）。
电子由上能级（量子数为 n，l）跃迁到下能级（ n,l ）
nm
式中 H 为氢光谱线的波长，取3、4、5等整数。
若改用波数表示谱线，由于 % 1
则上式变为 ~109 6(7 18 1)cm 1
22 n2
式中109678cm-1叫氢的里德伯常量。
由玻尔理论或量子力学得出的类氢离子光谱规律为：
~ARA[(n11z)2 (n21z)2]
上式的
RA(40)22ch3 2m (14emMA)
WGD-8_8A型_组合式多功能光栅光谱仪_说明书资料
一．规格与主要技术指标焦距 500mm波长区间 8A 型：200-660 nm 8型：200-800 nm 相对孔径 D/F ＝1/7光栅 8A 型：2400l /mm λ闪=250nm 8型：1200l /mm λ闪=250nm 波长范围 200－660nm 波长范围 200－800nm 杂散光 ≤10－3 分辨率 8A 型：优于0.06nm 8型：优于0.1nm 光电倍增管接收 8A 型： 8型： 波长范围 200－660nm 200-800 nm 波长精度 ≤±0.2nm ≤±0.4nm 波长重复性≤0.1nm≤±0.2nmCCD(电荷耦合器件) 接收单元 2048光谱响应区间 8A 型：300－660nm 8型：300-900 nm积分时间 88档 重量25kg图2-1 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 接收二．基本原理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C-T 型，如图2-1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S1M2M1M3S2GS3投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。
M2、M3 焦距500mm光栅G 8A型：2400l/mm λ闪=250nm 8型：1200l/mm λ闪=250nm波长范围200－660nm 波长范围200－800nm 滤光片工作区间8A型：白片320－500nm 8型：白片320－500nm黄片500－660nm 黄片500－800nm 注：8型和8A型的使用操作方法一致（使用同一软件进入程序后，只要选择相对应光栅数即可）三．安装3.1 开箱打开仪器的包装后，请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收，如发现与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。
大学物理实验 实验要求-光栅光谱仪
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(红绿蓝黄青品），汞灯，溴钨灯。
预习思考题1．简述工作原理（不可照抄课本），在此基础上画出光栅光谱仪的光路图，。
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．为什么波长校准时光源要选择汞灯？能否用其他的灯，请举例。
4.测量透过率曲线对光源有什么要求？汞灯是合适的光源吗？5.测量时能否第一步就使用“工作方式”中的“透射率”模式？为什么？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，探测器选用光电倍增管，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. 单色仪波长校准将汞灯置于入射狭缝前,打开并照亮狭缝，预热5分钟可正常工作。
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—750nm。
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. 测量滤色片透过率曲线(每扫描完一条线即存盘)光源：取下高压汞灯(注意避免烫伤)，换上溴钨灯，预热5分钟。
1.扫描基线工作方式：模式“基线”，扫描范围(400-700)nm，扫描步长选1nm。
点击“单程”，单色仪开始扫描。
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。
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。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪的使用学号 2015212822 学生姓名张家梁专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院2017 年 3 月 14 日光栅光谱仪的使用张家梁1 实验目的1. 了解光栅光谱仪的工作原理。
2. 学会使用光栅光谱仪。
2实验原理1. 光栅光谱仪光栅光谱仪结构如图所示。
光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。
入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。
光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。
控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。
光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。
2. 光探测器光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。
光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。
以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。
对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。
由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。
3. 闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。
光栅光谱仪的使用(北科大实验报告)
光栅光谱仪的使用实验报告学院高等工程师学院班级自E152学号41518170姓名郑子亮一、实验目的与实验仪器【实验目的】1.了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性2.了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪3.测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱4.测定光栅光谱仪的色分辨能力5.测定干涉滤光片的光谱透射率曲线【实验仪器】WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm）。
汞灯，钨灯氘灯组件，干涉滤光片等。
二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）（1）平面反射式光栅与光栅方程规定衍射角Θ恒为正，i与Θ在光栅平面法线的同侧为正，异侧为负。
K是光谱级对于常用的平面光栅光谱仪，谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内，因此，衍射角Θ可当做入射角i，光谱方程为：（2）闪耀问题闪耀波长：2平面光栅光谱仪结构组成（1）光学系统（2）电子系统（3）光栅光谱仪操作3.色分辨率光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度4.滤光片光谱特性光谱透射率为：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.准备工作开机前，需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮，设置参数2.校准光谱仪的波长指示值利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪，利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长，如果有偏差，用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量（1）入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间，负压-300~-600之间（2）移去钨灯&氘灯组件，将汞灯置于入射狭缝前，进行快速全谱扫描，根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数，使得记录的谱线高度适当，再进行一次慢速全谱扫描，保存实验数据。
4.滤色片光谱特性的测量5.退出系统与关机四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）1.（1）汞灯光谱（2）钨灯光谱2.3.透射率T与波长λ的关系曲线I-λ五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）1.通过观察汞灯和钨灯光谱特性图像可得到：汞灯的光谱图像是间断的，不连续的，而钨灯的光谱图像是连续的。
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？。
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。
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。
棱镜光栅型成像光谱仪ppt
1914年劳厄获诺贝尔 晶体 底片 物理学奖
二、晶体对X 射线的衍射
天然晶体的点阵间距与X射线的波长同数量级（10-8cm）， 可以看作是光栅常数很小的空间三维衍射光栅。
劳厄于1912年利用右图所示 的实验装置，进行了晶体对X 射 线的衍射实验，在乳胶板上观察 到了对称分布的若干衍射斑点， 称为劳厄斑。
Dl ≈0.1～1mm/埃.
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:Δθ＜δθ （见图2-2）
瑞利判据：
d
晶面的平面簇（如右图示），平 面簇间的间距均为d。
2
NP M
d
2、布喇格方程
3
一束平行光与晶面成α0角入射到晶面上，则：同一晶面上相邻粒子（如A、 B）散射的光波的光程差零 AD-BC= 0， 它们相干加强。若要在该方向上 不同晶面上粒子散射光相干加强，则相邻层对应粒子必须满足：
sinθk=kλ/d → cos θk δθk=kδλ/d
Dθ=δθ/δλ=k/d cos θk
Dl= δl /δλ=k ƒ / d cos θk
Dθ ∝ 1/d
Dl ∝ f/d
为了增大角色散本领d要小，每mm内数
百条或上千条缝： d≈10-2 ～10-3mm。
对于1级光谱（k=1）: Dθ ≈0.1ˊ/埃～ 1ˊ/埃，为了增大线色散本领， ƒ常达数米,
验证了X射线的波动性，也 因此获得了1914年的诺贝尔物 理学奖。
P B
C
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。
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钠原子光谱项
T=
R n*2
R (n
)2
它与氢பைடு நூலகம்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。
碱金属原子的各个内壳层均被子电子占满，剩下 的一个电子在最外层轨道上，此电子称为价电子，价 电子与原子的结合较为松散，与原子核的距离比其他 内壳层电子远得多，因此可以把除价电子之外的所有 电子和原子核看作一个核心，称为原子实。
由于不同的元素的原子能级结构各不相同，每种元素 的光谱也犹如人的指纹一样具有自己的特征。特别是一 种元素都有被称为“住留谱线”（RU线）特征谱线，如 果试样的光谱中出现了某种元素的“住留谱线”，就是 说试样中含有该元素。
实验原理
（一）氢与氘原子光谱：
巴尔末总结出的可见光区氢光谱线的规律为：
H
364.56
多功能光栅光谱仪的使用
-氢（氘）、钠原子发射光谱的研究
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。
1
光电信号
步进电机 驱动脉冲
步进电机 驱动电源
步进电机控制信号
3 1
2
前置放大器
负高压
负高 压电源
负高压 控制信号
/
/
变换 变换
增益控制信号
放大的 光电信号
系统控制信号 光谱数字信号
电子计算机
光谱仪的工作原理图
光谱仪的探测器为光电倍增管或CCD，用光电倍增管时， 出射光通过狭缝S2到达光电倍增管。用CCD做探测器时， 转动小平面反射镜M1，使出射光通过狭缝S3到达CCD，CCD 可以同时探测某一个光谱范围内的光谱信号。
n2
6,7,8
汉弗莱斯系：
1
RH
(
1 62
1 n2
),
n
7,8,9
钠光谱实验
钠原子由一个完整而稳固的原子实和它外面的一个 价电子组成。原子的化学性质以及光谱规律主要决定 于价电子。
与氢原子光谱规律相仿，钠原子光谱线的波数可 以表示为两项差
n
R n*2
其中 n* 为有效量子数，当 n*无限大时， n ,
G O l P ¦Υ N
B
图2-2 正弦机构原理
x
本仪器主要做发射光谱实验！
所谓发射光谱就是物质在高温状态或因受到带电粒子 的撞击而激发后直接发出的光谱。由于受激时物质所处 的状态不同，发射光谱有不同的形状，在原子状态中为 明线光谱，如钠灯、汞、氢氘灯等。在分子状态中为带 光谱，如氮放电灯；在炽热的固态、液态或高压主气体 中为连续光谱，如钨灯、氘灯等。
n2 n2
4
nm
式中 H为氢光谱线的波长，取3、4、5等整数。
若改用波数表示谱线，由于 1
则上式变为 ~ 109678 ( 1 1 )cm1
22 n2
式中109678cm-1叫氢的里德伯常量。
由玻尔理论或量子力学得出的类氢离子光谱规律为：
~A
1 RA[ (n1 z)2
1 (n2 z)2
由于价电子电场的作用，原子实中带正电的原子核 和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是 负电荷的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。 极化产生的电偶极子的电场作用于价电子，使它受到 吸引力而引起能量降低。同时当价电子的部分轨道穿 入原子实内部时，电子也将受到原子产的附加引力， 降低了势能，此即轨道贯穿现象。
MD m
H
M H M H (D H D m M H )
式中 m M H 1/1836.1527 是已知值。
注意，式中各 是指真空中的波长。
同一光波，在不同介质中波长是不同的。
我们的测量往往是在空气中进行的，所以应将空气中 的波长转换成真空中的波长。但在实际测量当中，受 所用的实验仪器的精度限制，这种变化可以忽略不计。
氢的特征谱
紫外部分：
赖曼系：
1
RH
1 ( 12
1 ), n 2,3,4 n2
可见光部分：巴尔末系：
1
R
H
(
1 22
1 ), n n2
3,4,5
红外部分：
帕邢系：
1
1 RH (32
1 n2 ), n
4,5,6
布喇开系：
1
RH
1 (42
1 n2
), n
5,6,7
蓬得系：
1
1 RH (52
1 ), n
光信号经过倍增管（或CCD）变为电信号后，首先经 过前置放大器放大，再经过A/D变换，将模拟量转变成 数字量，最终由计算机处理显示。前置放大器的增益、 光电倍增管的负高压和CCD的积分时间可以由控制软件 根据需要设置。前置放大器的增益现为1，2，…，7七 个档次，数越大放大器的增益越高。光电倍增管的负高 压也分为1，2，…，7七个档次，数越大所加的负高压 越高，每档之间负高压相差约200V。CCD的积分时间可 以在10ms-40s之间任意改变。
所以
RA
1
R mM
A
应用到H和D有：
RH
R 1 m MH
RD
R 1 m MD
可见RD和RH是有差别的，其结果就是D的谱线相对于H
的谱线会有微小位移，叫同位素位移。
H , D 是能够直接精确测量的量，测出 H , D
也就可以计算出RH , RD和里德伯常量 R ，
同时还可计算出D,H的原子核质量比：
原子能量的这两项修正都与价电子的角动量有关，
角量子数l 越小，椭圆轨道的偏心率就越大，轨道贯穿
和原子实极化越显著，原子能量也越低。因此，价电
子越靠近原子实，即n越小、l 越小时，量子缺Δ越大
（当n较小时，量子缺主要决定于l，实验中近似认为
扫描控制是利用步进电机控制正弦机构（根据光栅 方程，波长和光栅的转角成正弦关系，因此采用正弦 机构。）中丝杠的转动，进而使光栅转动实现的。步 进电机在输入一组电脉冲后，就可以转动一个角度， 相应地丝杠上螺母就移动一个固定的距离。每输入一 组脉冲，光栅的转动便使出射狭缝出射的光波长改变 0.1nm。
]
上式的
RA
2 2me4 (4 0 )2 ch3 (1 m
M A)
是元素A的理论里德伯常量，z是元素A的核电荷数，
n1,n2为整数，m和e是电子的质量和电荷，是真空介电
常量，c是真空中的光速，h是普朗克常量，MA是核的
质量。
显然，RA随A不同略有不同，当MA→∞时，便得到里德 伯常量：
2 2me4 R (4 0 )2 ch3