分光计的调整和使用

实验30 分光计的调整和使用

分光计是一种测量光线偏转角的仪器，实际上就是一种精密的测角仪。由于不少物理量如折射率、波长……等往往可以用光线的偏折来量度，因此分光计是光学实验中的一种基本仪器。在分光计的载物台上放置色散棱镜或衍射光栅，它就成为一台简单的光谱仪器；在分光计上装上光电探测器，还可以对光的偏振现象进行定量的研究。为了保证测量的精确，分光计在使用前必须调整。分光计的调整方法对一般光学仪器的调整也是有一定通用性，因此学习分光计的调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。

[一]实验目的

1．了解分光计的结构，学会正确的调节和使用方法。

2．掌握用自准直法调节望远镜调焦至无穷远。

3．学会用分光计测量光学平面间夹角的方法。

[二]实验仪器

本实验使用JJY1 型的分光计。该分光计由“阿贝”式自准直望远镜、装有可调狭缝的平行光管、可升降的载物平台及光学度盘游标读数系统等四大部分组成。

1 ——目镜

2 ——小灯

3 ——望远镜筒

4 ——平行平面镜

5 ——平台倾斜度调节螺丝

6 ——平行光管

7 ——狭缝装置8 ——望远镜倾斜度调节螺丝

9 ——望远镜微调螺丝10——平行光管微调螺丝11——度盘微调螺丝12——望远镜锁进螺丝13——游标盘

图31-1

现将各部分逐一介绍。

1.“阿贝”式自准直望远镜

装有“阿贝”目镜的望远镜称“阿贝”式自准望远镜。

它用以观察平行光进行的方向。与普通望远镜相类似，它由物镜与目镜组成。改变物镜至目镜的距离，可以使不同距离远处的物体成象清晰。望远镜调焦于无穷远时，则可使从无穷远处来的平行光成象最清晰。

为了测量，物镜与目镜之间有叉丝，目镜与叉丝，及目镜、叉丝相对于物镜的距离均可调节，叉丝应位于目镜焦平面上。

目镜是有场镜和接目镜组成的，常用的目镜有二种：一是高斯目镜，在它的场镜和接目镜间装了一片与镜筒成45°角的薄玻璃片。当小灯的光经玻璃片反射后可将叉丝全部照亮。二是阿贝目镜，在目镜与叉丝之间装了一个全反射小三棱镜，小灯发出的光经小三棱镜反射后将叉丝的一部分照亮，而从目镜望去这照亮的部分刚好被小三棱镜遮住，故只能看到叉丝的其他部分，见图30-2。JJY1 型分光计采用的是阿贝目镜。

图30-2

望远镜可绕分光计中心轴转动，它的倾斜度也可通过螺丝进行调节，而望远镜固定螺丝则起着把望远镜倾斜度固定的作用，见图30-1。在望远镜与中心轴相连处有望远镜锁紧螺丝，放松时可使望远镜绕中心轴转动，旋紧时可固定望远镜，见图30-1。

2.平行光管

平行光管是仪器中产生平行光的机构。它有一个可改变缝宽的狭缝及一个会聚透镜所组成。狭缝至透镜的距离可调节。当用光源照明狭缝时，若狭缝刚好位于透镜焦平面处，则平行光管将发出平行光。平行光管与分光计底座固定在一起，它的倾斜度可以通过调整螺丝进行调节。而平行光管固定螺丝则起着把平行光管倾斜度固定的作用（见图30-1）。为了得到较精密的调整，望远镜和平行光管均装有微调机构，只要拧紧望远镜（或平行光管）的锁紧螺丝后，再转动其微调螺丝（见图30-1），则望远镜（或平行光管）就能转动微小角度。

3.升降的载物平台

载物小平台可放光学元件，如三棱镜、光栅等。有三只调节螺钉a、b和c可改变小平台倾斜度，见图30-3。载物台也有锁紧螺丝固定位置。

图30-3

4. 读数装置

望远镜和载物台分别与刻度盘和角游标相连，它们的相对转动角度可从读数窗中读出，读数窗有A ，B 二个，它们相隔180°，从A ，B 两窗可分别读得望远镜转过的角度，然后取平均值，这样可消除中心轴可能存在的偏心。

本实验室中分光计角游标的最小分度为1'（主刻度盘上每小格为03'，角游标30分格的弧长与刻度盘29分格的弧长相等），游标每小格之差，见图30-4。

图30-4

例如图30-4右图的读数应为： 314°03'+11'=314°14'

[三]实验内容

1． 分光计的调整

（1） 调整分光计的目的。分光计在实验中通常来测量光线经各种光学元件（如狭缝、光栅、棱镜等）后的偏转角度，其测角时的光路如图30-5所示。

图30-5 转动望远镜，使之对准偏转光线，由读数窗所得读数变化即得角度。但是为使得

所得角度与实际光线偏转角度一致，必须有以下考虑。用分光计进行观测时，其观测系统基本上由下述三个平面构成，如图30-6。

图30-6

●读值平面这是读取数据的平面，有主刻度盘和游标内盘绕中心转轴旋转时形成的。

对每一具体的分光计，读值平面都是固定的，且和中心转轴垂直。

●观察平面由望远镜光轴绕仪器中心转轴旋转时所形成的。只有当望远镜光轴与中

心转轴垂直时，观察面才是一个平面，否则，将形成一个以望远镜光轴为母线的圆锥面。

●待测光路平面有平行光管的光轴和经过待测光学元件（棱镜、光栅等）作用后，

所反射、折射和衍射的光线所共同确定的。调节载物台下方的三个螺丝，可以将待测光路平面调节到所需的方位。

应将此三个平面调节成相互平行。

所以，仪器必须精密调整，以保证：

①入射光线是平行光（即要求调整平行光管，使之发射平行光）；

②检测工具能接收平行光（即要求望远镜调焦无穷远，亦即使平行光能成象最清

晰）；

③读值平面、观察平面和待测光路平面平行（即要求调整平行光管和望远镜的光

轴与分光计中心轴垂直，同时也要调整载物台平面垂直于分光计中心轴）。（2）调整方法。

①调整自准直望远镜。为了把望远镜调焦到无穷远，我们采用如下方法：

在望远镜之前载物台上放一镜面垂直于望远镜光轴的平面反射镜。当调节叉丝面与物镜之间的距离（即调焦），如果叉丝恰好处与物镜的焦平面上，则叉丝发出的光经物镜变为平行光，此平行光由反射镜反射回来，经物镜后所成叉丝像应准确地处在叉丝平面上。所以在调焦过程中只要在叉丝平面上看到反射回来的清晰的叉丝像时，望远镜已调焦到无穷远了。这个调焦方法叫做自准直法。

调整的步骤应先粗调后细调。粗调就是先从望远镜筒外侧面观察，粗略判断望远