光栅光谱仪的使用

光栅光谱仪的使用实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.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。

2.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。

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.平面反射式闪耀光栅原理

（1）θ方向的光强：I

θ=(sinα

α

)2(sinNβ

sinβ

)2

（2）光栅方程：d（sinθ+sin i）= kλ

（3）闪耀光栅：光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向，0级谱线出现在光栅平面反射的方向，闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里。

（4）闪耀波长的计算：λ=2dsinγ

k

2.平面光栅光谱仪的结构与组成

（1）光学系统结构：

光栅：1200/mm；闪

耀波长250nm；M1

和M2凹面镜焦距

为300mm；狭缝0-

2mm连续可调。

电子系统：电源系统、光接收系统、步进电动机系统组成。

光学接收系统：光电倍增管及其放大电路组成。

光电倍增管：光信号转变成电信号。是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件。

目前测量光信号最灵敏的器件之一。

结构：

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。

以汞灯的两条黄谱线（波长为

577.0nm和579.1nm）为例测出谱

线λ1和λ2峰间的间隔a以及峰

的半宽度b，则色分辨能力为：

Δλ =b

α

δλ

δλ=λ

2-λ

1

=2.10nm

4.滤光片光谱特性

光谱透射率：T （λ）=I T （λ）I 0（λ）

白光光源（钨灯）→单色光→光电流 T （λ）=

i T （λ）i 0（λ）

中心波长λ0 通带半宽度Δλ 峰值透过率T 0

三、实验步骤

（要求与提示：限400字以内） 1. 准备工作：

1) 调节高压到-300~-600V(不要小于-400V)之间，入射缝、出射缝缝宽均预置为0.15 ~

0.30mm 之间，打开氘灯，打开计算机，打开程序，首先进行复位操作，复位后按“确定”进入操作主界面；

2) 测量参数设置：能量模式（0.0~4095.0），扫描方式（重复扫描1次），波长范围

（200~800nm ，可根据实验需要设定上下限）

2. 校准光谱仪的波长指示值（通过氘灯光谱上的486.0nm 峰值实现）

3. 汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量

移去钨灯&氘灯组件，汞灯置于狭缝前，先进行一次全谱扫描，观察汞灯谱线，再设置扫描波长为570~585nm 扫描一次，保存实验数据。 4. 滤色片光谱特性的测量

（1）移去汞灯，装上钨灯，根据扫描结果重新设置参数，在300~700nm 波长范围内进行钨灯光谱的扫描，保存数据； （2）不改变参数，在钨灯和狭缝中间加入滤光片，在300~700nm 波长范围内扫描数据，保存数据。 5. 退出系统与关机

将副高压调节至零，退出系统，关闭仪器。

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. 汞灯双黄线光谱

2.钨灯光谱

3.暗电流光谱

4.T-λ曲线

4.数据处理

五、分析讨论

（提示：分析讨论不少于400字）

1. 对于汞灯光谱线，我通过查阅资料了解到，实验室用的最多的气体放电光源是高压汞灯，它是重要的紫外光源。它在紫外、可见和红外都有辐射。即其光谱成分中包括长波紫外线、中波紫外线、可见光谱及近红外光谱。

在实验中，能够在观察到汞灯双黄线光谱波长为577.5nm和579.5nm，而资料表明汞灯黄色谱线较强（即显示较亮）的为577nm和579nm，这与实验结果基本吻合，但也有一点误差，主要可能是实验仪器不稳定或者是读取曲线上的点时误差造成的。

汞灯主要光谱线波长表

紫色△404.66强△407.78中410.81弱433.92弱434.75中△435.84强蓝绿色△491.60强△496.03中

绿色535.41弱536.51弱△546.07强567.59弱

黄色△576.96强△579.07强585.92弱589.02弱

橙色△607.26弱△612.33弱

红色△623.44中

深红色△671.62中△690.72中708.19弱

2.

.

对于钨灯光谱，从实验结果来看，几乎能够发射从300~700nm范围内所有波长的光谱，主要分布在400~700nm波长范围内，这与平时使用的白炽灯能够发射可见光波长范围内的光这一事实吻合。

而且加上绿色滤光片后，能够扫描出的光谱主要集中在550nm波长左右，这也是绿光集中分布的大概波长位置。

3.适当减小狭缝宽度有利于谱线图样的清晰。波长的测定要尽量减少杂光的影响，在入射狭缝端放上一片滤光片来滤光，对光波波长的准确测定有帮助。

4.暗电流的存在限制了对微弱光信号的测量，所以光电倍增管暗电流的大小成为衡量其质量的重要参数之一。

六、实验结论