单色仪的使用
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实验名称：单色仪的使用
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） 测定平面光栅单色仪的分辨能力。 实验仪器： 平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光镜、测光仪、光电倍增仪、干涉滤光片等 实验原理： 1：平面光栅单色仪的结构原理： 平面光栅单色仪的光学系统如图所 示： 光学系统主要由以下三部分组成： 1： 入射准直部分由入射缝������1 和抛物 凹面镜������1 组成，用以产生适于光栅 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������1 、平面反射镜������2 和狭缝������2 组成。由光栅
数据处理：
汞灯原始数据记录表格：
钨灯数据如wenku.baidu.com：
分析讨论与结论：
目前的分光系统主要有三类， 分别是棱镜分光系统、此次实验中所用到的光栅分 光系统以及滤光片分光系统； 最常用的便是光栅分光系统。对于棱镜分光系统而 言，棱镜的分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，但棱镜分光具有 “非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光系统最大的不足。 对于滤光片分光系统，优点是采用这种分光系统的仪器体积小，可以作为专用的 便携仪器； 制造成本低， 适于大面积推广。 但该系统的缺点是单色光的谱带较宽， 波长分辨率差；对温湿度较为敏感；得不到连续光谱；不能对谱图进行预处理， 得到的信息量少。故以此系统为原理所制成的仪器只能作为较低档的专用仪器。 而对于光栅分光系统而言，它除具有分光作用外，也具有聚焦作用，因此分光系 统中不需要会聚透镜等光学部件，光能损失小,节省费用。在试验中，由于光学 系统的像差和调整误差，以及周围所存在的杂散光（环境灯光）的影响，给实验 的结果会带来误差，它会使实验的进光量增大，从而在测定分辨率时使得 b 值 偏小，进而使测得的数据偏小，可在公式中给予适当的修正。实验中扫描的速度 不宜太快，应当等到读数稳定之后再记录数据。 结论： 通过本次实验， 了解了单色仪的构造原理， 并学会了使用平面光栅单色仪； 利用单色仪测出汞灯光强与波长的关系并进一步计算得出所用单色仪的分辨能 力为 0.42nm； 利用单色仪测定了干涉滤光片的光谱透射率， 描绘出相关的曲线， 并求出滤光片的中心波长为 404nm， 峰值透射率为 83%， 通带半宽度为 103nm。
2：光电倍增管及测光仪 光电倍增管是把微弱的输入光转换为电子，并使电子数获得倍增的电真空器件； 光电倍增管的阳极电流在一定范围内与入射光功率成线性关系， 光电倍增管工作 时所需要的高压可调范围为 0~1000V，由测光仪前面板的“高压调节”旋钮来 控制，测光仪的光强显示数值有一定的限制，即光强显示值不能大于 2000。 3：滤光片 滤光片对不同波长的光的透射能力不一样。当波长为λ、光强������0 (������)的单色光垂 直入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为������������ (������),我们定义其光谱透射率为： T λ = ������������ ������ ������0 (������)
参考文献：1：光学教程（姚启钧原著） 2：大学物理实验教程（吴平主编） 3：现代光学手册（刘书声）
色散系统产生的单色光经由������1 和������2 反射作用后会聚至出射狭缝������2 ，产生窄光束 的单色光。 显示屏上所显示的值与出射光呈（在可见光范围内）一一对应的关系。单色仪主 机电路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以驱动自动 扫描机构运行，分为本机控制和计算机控制两种方式。
始， 自动扫描至 590nm， 在扫描的过程中应注意观察在相距 2.1nm 左右 的两个位置应该存在光强极大值，找到两谱线后，定位于其中之一峰值的 准确位置，观察该极大值的光强值，调节使其值在数百左右 2：开启扫描开关，自动扫描至某一谱线外侧附近，然后停止自动扫描。 转动手动扫描旋钮，每增加（或减少）0.1nm，记下相应的光强显示值， 直至另一谱线的外侧， 特别的要记下光强极大值的准确位置，该值一般需 要估读，不会正好位于 0.1nm 的整数倍处 (2)测量滤光片的透射率 1：按下钨灯开关，使其不再弹起，则钨灯点亮。调节聚光镜使光汇聚在 入射狭缝上，光斑直径最好与逢高的高度相同。不加滤光片，开启扫描开 关，从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描至 660nm（或 280nm）为止。观察光强的最大值在那一波长附近，大小如何，并进行 适当的调节，是光强的最大值接近 100 2：从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描，至 660nm （或 280nm）止，每隔 20nm 记录一个光强值； 3：加上滤光片，重复步骤 2.
经单色仪后而出射的单色光由光电倍增管接收并转化成电流， 相应的光强值由测 光仪显示，且有公式： T λ = ������������ ������ ������ ������ (������) = ������0 (������) ������0 (������)
若测得不同波长的光电流������0 (������)和加滤光片后相应的光电流������ ������ (������),则可计算出光谱 透射率 T(λ)；在透射率曲线中，中心波长������0 ，通带半宽度Δλ以及峰值透射率������0 是 滤光片的三个特征量。 干涉滤光片是利用干涉现象而不是吸收或散射来消除那些 不需要的光波的， 它除了具有吸收滤光片的大部分光谱特征外，还能透射很窄的 波段。 实验内容与测量： （1） 分辨能力的测量： 1： 调节入射缝、 出射缝的宽度。 将入射缝、 出射缝的宽度均调为 0.015mm， 入射缝高调为 5mm；打开汞灯，待其稳定后，调节聚光镜使光汇聚在狭 缝上，光斑直径与逢高的高度相近；在一个较大范围内，如从 570nm 开
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） 测定平面光栅单色仪的分辨能力。 实验仪器： 平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光镜、测光仪、光电倍增仪、干涉滤光片等 实验原理： 1：平面光栅单色仪的结构原理： 平面光栅单色仪的光学系统如图所 示： 光学系统主要由以下三部分组成： 1： 入射准直部分由入射缝������1 和抛物 凹面镜������1 组成，用以产生适于光栅 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������1 、平面反射镜������2 和狭缝������2 组成。由光栅
数据处理：
汞灯原始数据记录表格：
钨灯数据如wenku.baidu.com：
分析讨论与结论：
目前的分光系统主要有三类， 分别是棱镜分光系统、此次实验中所用到的光栅分 光系统以及滤光片分光系统； 最常用的便是光栅分光系统。对于棱镜分光系统而 言，棱镜的分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，但棱镜分光具有 “非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光系统最大的不足。 对于滤光片分光系统，优点是采用这种分光系统的仪器体积小，可以作为专用的 便携仪器； 制造成本低， 适于大面积推广。 但该系统的缺点是单色光的谱带较宽， 波长分辨率差；对温湿度较为敏感；得不到连续光谱；不能对谱图进行预处理， 得到的信息量少。故以此系统为原理所制成的仪器只能作为较低档的专用仪器。 而对于光栅分光系统而言，它除具有分光作用外，也具有聚焦作用，因此分光系 统中不需要会聚透镜等光学部件，光能损失小,节省费用。在试验中，由于光学 系统的像差和调整误差，以及周围所存在的杂散光（环境灯光）的影响，给实验 的结果会带来误差，它会使实验的进光量增大，从而在测定分辨率时使得 b 值 偏小，进而使测得的数据偏小，可在公式中给予适当的修正。实验中扫描的速度 不宜太快，应当等到读数稳定之后再记录数据。 结论： 通过本次实验， 了解了单色仪的构造原理， 并学会了使用平面光栅单色仪； 利用单色仪测出汞灯光强与波长的关系并进一步计算得出所用单色仪的分辨能 力为 0.42nm； 利用单色仪测定了干涉滤光片的光谱透射率， 描绘出相关的曲线， 并求出滤光片的中心波长为 404nm， 峰值透射率为 83%， 通带半宽度为 103nm。
2：光电倍增管及测光仪 光电倍增管是把微弱的输入光转换为电子，并使电子数获得倍增的电真空器件； 光电倍增管的阳极电流在一定范围内与入射光功率成线性关系， 光电倍增管工作 时所需要的高压可调范围为 0~1000V，由测光仪前面板的“高压调节”旋钮来 控制，测光仪的光强显示数值有一定的限制，即光强显示值不能大于 2000。 3：滤光片 滤光片对不同波长的光的透射能力不一样。当波长为λ、光强������0 (������)的单色光垂 直入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为������������ (������),我们定义其光谱透射率为： T λ = ������������ ������ ������0 (������)
参考文献：1：光学教程（姚启钧原著） 2：大学物理实验教程（吴平主编） 3：现代光学手册（刘书声）
色散系统产生的单色光经由������1 和������2 反射作用后会聚至出射狭缝������2 ，产生窄光束 的单色光。 显示屏上所显示的值与出射光呈（在可见光范围内）一一对应的关系。单色仪主 机电路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以驱动自动 扫描机构运行，分为本机控制和计算机控制两种方式。
始， 自动扫描至 590nm， 在扫描的过程中应注意观察在相距 2.1nm 左右 的两个位置应该存在光强极大值，找到两谱线后，定位于其中之一峰值的 准确位置，观察该极大值的光强值，调节使其值在数百左右 2：开启扫描开关，自动扫描至某一谱线外侧附近，然后停止自动扫描。 转动手动扫描旋钮，每增加（或减少）0.1nm，记下相应的光强显示值， 直至另一谱线的外侧， 特别的要记下光强极大值的准确位置，该值一般需 要估读，不会正好位于 0.1nm 的整数倍处 (2)测量滤光片的透射率 1：按下钨灯开关，使其不再弹起，则钨灯点亮。调节聚光镜使光汇聚在 入射狭缝上，光斑直径最好与逢高的高度相同。不加滤光片，开启扫描开 关，从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描至 660nm（或 280nm）为止。观察光强的最大值在那一波长附近，大小如何，并进行 适当的调节，是光强的最大值接近 100 2：从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描，至 660nm （或 280nm）止，每隔 20nm 记录一个光强值； 3：加上滤光片，重复步骤 2.
经单色仪后而出射的单色光由光电倍增管接收并转化成电流， 相应的光强值由测 光仪显示，且有公式： T λ = ������������ ������ ������ ������ (������) = ������0 (������) ������0 (������)
若测得不同波长的光电流������0 (������)和加滤光片后相应的光电流������ ������ (������),则可计算出光谱 透射率 T(λ)；在透射率曲线中，中心波长������0 ，通带半宽度Δλ以及峰值透射率������0 是 滤光片的三个特征量。 干涉滤光片是利用干涉现象而不是吸收或散射来消除那些 不需要的光波的， 它除了具有吸收滤光片的大部分光谱特征外，还能透射很窄的 波段。 实验内容与测量： （1） 分辨能力的测量： 1： 调节入射缝、 出射缝的宽度。 将入射缝、 出射缝的宽度均调为 0.015mm， 入射缝高调为 5mm；打开汞灯，待其稳定后，调节聚光镜使光汇聚在狭 缝上，光斑直径与逢高的高度相近；在一个较大范围内，如从 570nm 开