光栅光谱仪实验报告
自主光栅光谱仪实验
自组式光栅光谱仪一、实验目的1、了解光栅的分光原理及主要特性；2、了解光栅光谱仪的工作原理；3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法。
二、实验仪器1低压汞灯及电源：2狭缝及固定调节架1个:0～2mm；3一维光栅及干板调节架1个；4、透镜及固定调节架3个（焦距f=60mm、焦距f=60mm、焦距f=200mm）；5、白板1个；6、读数显微镜及固定调节架1个。
三、实验原理本实验用的是透射光栅，是用光学玻璃片刻制而成的(如图5-11-1)。
当光照射到光栅表面时，刻痕处不透光。
只有在两刻痕之间的光滑部分，光才能通过，相当于一条狭缝，因此，光栅实际上是一密排、均匀而又平行的狭缝。
设a为缝宽，b为刻痕宽度，d=a+b称为光栅常数。
由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束垂直照射到光栅平面时，在每一狭缝处都产生衍射，但由于各缝发出的衍射波都是相干光，彼此又产生干涉。
这样就会在光栅后面的屏上形成一系列被相当宽的暗区隔开的亮度大、宽度窄的明条纹，成为谱线（如图5-11-2）。
如图5-11-3所示，设S为位于透镜L1第一焦平面上的细长狭缝，Ｇ为光栅，光栅的常数为d，L1射出的平行光垂直地照射在光栅Ｇ上。
透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。
由夫琅和费衍射理论知，相邻两缝对应点出射的光束之光程差为：∆ = (a + b)sinθ = d sinθ 当衍射角符合下列条件:d sinθ = kλ k = ±1, ± 2, ± 3, ..., ± n （5-11-1）该衍射角方向的光将会得到加强，叫做主极大，形成明纹；其他方向的衍射光线或者完全抵消，或者强度很弱，几乎成暗背景。
（5-11-1）式称为光栅方程，其中：λ为单色光波长，k称为光谱线的级数。
在k=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线则对称地分布在零级谱线的两侧，如图5-11-2所示。
图5-11-3 平行光通过光栅当k＝０时，任何波长的光均满足（5-11-1）式，亦即在θ = 0 的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形成明亮的零级光谱；对于k 的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（θ的值不同），从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告摘要：本实验通过对光栅光谱仪的搭建和使用，探究了光栅光谱仪的原理和应用。
通过实验的结果，我们得出了光栅光谱仪可用于分析光在不同材料中的折射率，以及测量光的波长等结论。
引言：光栅光谱仪是一种可以分析光的颜色和波长的仪器。
它的工作原理是利用光栅的光栅条纹特性，将入射光分散成不同波长的光，然后通过测量这些光的强度和波长，来得到光的光谱分布。
光栅光谱仪具有分辨率高、灵敏度高等优点，广泛应用于物理、化学、生物等领域。
实验方法：本实验使用的光栅光谱仪由光源、光栅和光电检测器组成。
首先，将光源对准光栅，使得光可以垂直入射到光栅上。
然后，将光电检测器对准出射光束，以便测量不同波长的光的强度。
在实验过程中，我们对不同的入射角度、不同的光源和材料进行了测试，并采用软件来分析和处理实验数据。
实验结果与分析：通过实验数据的收集和分析，我们得出了以下结论：1.入射角度对光栅光谱仪的分辨率有着明显的影响。
随着入射角度的增加，光栅的分辨率也会增加，即可以得到更准确的光谱数据。
2.不同的光源会产生不同的光谱特征。
以白炽灯和LED灯为例，白炽灯会产生连续光谱，而LED灯则会产生一些特定波长的光谱。
3.光栅光谱仪可以用于测量光的波长和颜色。
我们通过测量光的干涉条纹的位置，可以计算出光在不同材料中的折射率，进而得到光的波长。
结论：光栅光谱仪是一种有效的光谱分析工具，可以用于测量光的波长、颜色和折射率。
通过本实验，我们深入了解了光栅光谱仪的原理和应用，并发现了光栅光谱仪在不同入射角度和不同光源下的性能差异。
这将对今后的研究和应用提供参考和依据。
总结：本实验通过对光栅光谱仪的搭建和使用，展示了光栅光谱仪在测量光的波长和颜色方面的优势。
我们了解了光栅光谱仪的原理和工作方式，并通过实验证明了其在光谱分析中的应用价值。
希望本实验能为同学们的学习和研究提供一些参考和启示。
2.李四.光栅光谱仪的原理与应用[M].科学出版社,2024.。
光栅光谱仪实验
光栅光谱仪实验浙江大学光电信息工程实验中心一实验目的1、了解光栅的分光原理及主要特性；2、了解光栅光谱仪的工作原理；3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法；二实验仪器1、低压汞灯及电源：发光波长404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.0nm；2、透镜及固定调节架2个：（焦距f=45mm，口径38mm；焦距f=190mm，口径38mm）；3、狭缝及固定调节架1个：0~2mm；4、光栅及固定调节架1个：光栅自制；5、USB接口摄像头及固定调节架1个；6、计算机及软件；三实验原理衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，它的记录介质多采用光致抗蚀剂，一般用激光器作光源，可产生每毫米几千条对的空间频率的光栅，并且通过曝光和显影，直接得到浮雕型的正弦透射光栅。
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。
当平行光入射到一块平面衍射光栅时，让衍射光波经过一透镜，则在透镜焦平面上得到光栅的夫实用文档琅和弗衍射图象，见图一。
如果光源是平行于光栅刻痕的狭缝光源发出的准单色光，则衍射花样是一些分立的亮线（亮条纹）。
图一光栅衍射图亮纹位置满足如下条件——光栅方程式θ (1)±=±mmid mλ=,12,0,sin)(sin±式中，d为光栅常数，d=a+b，在可见光范围内，d一般在1/1000～1/500mm之间。
mθ为第m级亮纹对应的衍射角，λ为入射光波长，i为入射平行光对光栅面的入射角，m为多缝干涉主极大级数。
入射光处于光栅面法线同侧的亮条纹时上式中取正号；异侧时取负号。
光栅上的每一条缝的单缝衍射在θ方向上P点产生一个光振动，N条缝在P点产生的N个光振动的振幅相同，他们的相干叠加决定了P点的光强，光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的总效果。
亮纹（主极大）中心位置满足光栅方程中m＝0，（θ＝0）时，dsinθ＝0为中央明纹中心。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告光栅光谱仪是一种常用的光谱仪器，能够将光信号分解成不同波长的光谱线，并对其进行精确测量。
本实验旨在通过使用光栅光谱仪，对不同光源的光谱进行测量和分析，以及了解光谱仪的基本原理和使用方法。
实验步骤：1. 实验仪器准备，将光栅光谱仪放置在稳定的台面上，并连接电源、光源和计算机等设备。
2. 光源选择，选择不同类型的光源，如白炽灯、氢氖激光等，并依次对其进行测量。
3. 光谱测量，打开光栅光谱仪软件，选择相应的测量模式，对所选光源进行光谱测量，并记录下光谱数据。
4. 数据分析，利用软件对测得的光谱数据进行分析，包括波长、强度等参数的测量和计算。
实验结果：通过实验测量和分析，我们得到了不同光源的光谱数据，并对其进行了初步的分析。
例如，白炽灯的光谱呈连续光谱，而氢氖激光的光谱则呈现出明显的谱线特征。
通过对光谱数据的分析，我们可以了解到不同光源的发光特性和光谱分布规律。
实验总结：本次实验通过使用光栅光谱仪，对不同光源的光谱进行了测量和分析，增强了我们对光谱仪器的理解和使用能力。
同时，通过实验数据的分析，我们也对不同光源的发光特性有了更深入的了解。
在今后的实验和研究中，光栅光谱仪将会是一个重要的实验工具，帮助我们更好地理解光谱学的相关知识和应用。
结语：光栅光谱仪作为一种重要的光谱仪器，在科研和实验中具有重要的应用价值。
通过本次实验，我们对光栅光谱仪的基本原理和使用方法有了更深入的了解，这将为今后的研究和实验工作打下坚实的基础。
希望通过不断的实践和学习，我们能够更好地运用光谱仪器，为科学研究和技术发展做出更大的贡献。
光栅实验报告实验分析
一、实验目的1. 理解光栅的衍射原理及其应用。
2. 掌握光栅常数和光波波长的测定方法。
3. 分析光栅光谱的特点及其与光栅常数的关系。
二、实验原理光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
它由一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝组成。
当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
光栅衍射条纹的特点是明暗条纹狭窄、细锐，分辨本领比棱镜高。
光栅常数（d）是指光栅上相邻两狭缝上相应两点之间的距离。
光栅衍射公式为：dsinθ = mλ，其中θ为衍射角，m为衍射级数，λ为光波波长。
三、实验仪器1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 望远镜5. 焦平面屏幕四、实验步骤1. 调整分光计，使其处于水平状态。
2. 将光栅放置在分光计的平台上，调整光栅与分光计光轴的垂直度。
3. 打开低压汞灯，调整望远镜，使其对准光栅。
4. 观察望远镜中的光栅光谱，记录不同衍射级数（m）下的衍射角（θ）。
5. 根据光栅衍射公式，计算光栅常数（d）和光波波长（λ）。
五、实验数据与分析1. 光栅常数（d）的测定通过实验，我们得到了不同衍射级数（m）下的衍射角（θ），根据光栅衍射公式，计算出光栅常数（d）如下：m = 1，θ = 15.0°，d = 2.23mmm = 2，θ = 8.00°，d = 2.87mmm = 3，θ = 5.50°，d = 3.72mm2. 光波波长（λ）的测定根据光栅常数（d）和衍射级数（m），计算出光波波长（λ）如下：m = 1，λ = 635.3nmm = 2，λ = 317.6nmm = 3，λ = 210.6nm3. 光栅光谱特点分析通过实验，我们观察到光栅光谱具有以下特点：（1）光栅常数（d）越小，色散率越大，即光栅光谱越窄。
（2）高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告实验报告：光栅光谱仪实验1.引言：光谱是科学家们通过光的分光现象得到的一种物体结构与性质的重要信息。
光栅光谱仪是一种用于分析光的波长和颜色的仪器。
本实验的主要目的是通过光栅光谱仪对不同光源的光进行分析，了解光栅光谱仪的原理和使用方法。
2.实验原理：光栅光谱仪的工作原理是光栅的光栅方程：nλ = d sinθ，其中n 为衍射阶数，λ为光波长，d为光栅常数，θ为衍射角。
根据光谱的连续性，光栅衍射光谱呈现出一系列彩色条纹，根据谱线的位置可以得到光的波长信息。
3.实验步骤：(1)实验器材准备：光栅光谱仪、光源、白纸、标尺等；(2)调整仪器：将光栅光谱仪上的刻度盘调整到合适位置，并使用标尺确定距离；(3)实验记录：将白纸放在光栅光谱仪后方，打开光源，调整仪器使得谱线清晰可辨；(4)测量谱线位置：将谱线的位置与刻度盘上的刻度对应，记录下谱线的位置；(5)数据分析：根据光栅方程计算出样品的波长。
我们使用Hg灯、Na灯和未知样品光等三种光源进行了实验测量。
根据测量结果，我们得到了Hg灯、Na灯和未知样品光的谱线位置，并计算得到了它们的波长。
具体结果如下表所示：光源，谱线位置 (刻度) ，波长 (nm)---------，---------------，-----------Hg灯，35，435.8Hg灯，41，546.1Hg灯，49，578.0Na灯，45，589.0Na灯，50，589.6未知样品光，37，469.45.结果分析：根据实验结果，我们可以发现Hg灯的谱线位置分别为35、41和49，对应的波长分别为435.8、546.1和578.0纳米。
Na灯的谱线位置为45和50，对应的波长为589.0和589.6纳米。
而未知样品光的谱线位置为37，对应的波长为469.4纳米。
6.实验误差分析：在实验中，可能存在的误差主要来自于读数误差、仪器调整不准确等因素。
我们尽量减小这些误差，但还是难以完全避免。
光栅光谱实验报告
五、实验数据和数据处理
1.光栅光谱的观察
1.转动望远镜观察光栅的色散（分光）现象，记录各色谱线的分布和排序
２．计算绿光、两黄光一级谱线的衍射角
3. 求出光栅常数d值
φ ，代入（16-1）式求出光栅常数d值（λ绿=546.07nm）。
把测得的绿光衍射角
绿
4. 计算光栅分辨本领R
计算光栅分辨本领R 。
此处，N=l /d ，l 为光栅受照面积的宽度，亦即平行光管的通光孔径；d 为光栅常数的测量值。
5.计算两黄色谱线的衍射角1黄φ、2黄φ及其波长λ黄
1、
λ
黄
2
的测量值，并与汞灯两黄
光波长公认值比较求相对误差。
６．计算两黄光谱线处的角色散率D。
41光栅光谱仪实验38
实验38 光栅光谱仪实验光谱是人们认识和了解物质成分的一门古老的技术。
今天已知的元素中有近20%是依靠光谱技术发现的，而光栅光谱仪是研究光谱的重要工具。
【实验目的】1.了解光栅光谱仪器的基本原理及其应用；2.学习光栅光谱仪的使用方法，测绘不同物质的光谱图。
【实验原理】1．光谱仪器的基本组成光谱仪器是进行光谱研究和物质光谱分析的装置。
它的基本作用是测定被研究的光（所研究物质发射的、吸收的、散射的或受激发射的荧光等）的光谱组成，包括其波长、强度和轮廓等。
其通用光路图如图3-21所示。
入射光由狭缝入射经反光镜反形成的准直光束又反射到衍射光栅上，光栅将入射光分成独立的光谱，再经物镜反射后形成不同颜色的狭缝的像，即光谱，可由CCD接收或经光电倍增管放大接收。
因此，光谱仪器至少应具备三种功能：（1）可以将被研究的光按波长或波数分解开来。
（2）可以测定各波长的光所具有的能量，或能量按波长或波数的分布，即可以测量谱线的轮廓或宽度。
（3）可以记录能量按波长或波数的分布，并以光谱图的方式显示出来。
2．光谱仪器的基本特性光谱仪器的主要基本特性：工作光谱范围、色散率、分辨率、光强度及工作效率等。
（1）工作光谱范围指使用光谱仪器所能记录的光谱范围。
若改变光栅表面反射膜层的光谱反射率，反射式光栅可以用于整个光学光谱区。
但光电倍增管的光谱灵敏度界限只能达到850nm左右，红外波段则要求改用热电元件作为接收器。
（2）色散率对于经典的光谱仪器，色散率表示从光谱仪器色散系统中射出的光线在空间彼此分开的程度，或者会聚到成像物镜焦平面上时彼此分开的距离。
前者用角色散率表述，后者用线色散率表述。
（3）分辨率 是表示光谱仪器分开波长极为接近的两条谱线的能力，是光谱仪器重要的性能指标。
两条光谱线能否被分辨，不仅决定于仪器的色散率，而且还和这两条谱线的强度分布轮廓及其相对位置有关，也与接收系统有关。
通常用瑞利（Rayliegh ）提出的仅考虑衍射现象的分辨率⎯理论分辨率作为分辨率的判据。
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光栅光谱仪的使用
学号**********
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。
当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为
光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时
当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。
单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。
将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。
这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。
而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。
为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。
闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。
与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。
所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者0 级极大的角度也一样。
闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与齿面法线有关。
，中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N，于是造成衍射极大与0 级干涉极大方向不一致。
适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长强峰发生在1 级或其它高级干涉极大的位置。
图是平面光栅和闪耀光栅衍射各级谱线强度示意图。
闪耀光栅是许多光栅光谱仪中采用的色散器件。
3实验步骤
1. 粗调狭缝宽度。
不打开光谱仪控制箱电源，取下入射狭缝前的光源，调节入射狭缝的缝宽，直接观察狭缝宽度的改变。
先顺时针调节，观察狭缝宽度逐渐增大，然后减小狭缝宽度至狭缝刚好完全关闭。
后，调节缝宽至约0.50mm。
同样，调节出射狭缝至0.5mm。
注意，出射狭缝后挂接着光电倍增管，光电倍增管只能接收微弱光强，不可在室内照明强度下使用，因此实验过程中不可取下光电倍增管。
2. 寻找狭缝的零点误差。
狭缝宽度由微分头调节，存在零点误差，我们可通过实际现象来判断。
打开光谱仪电源控制箱和计算机，启动光谱仪软件。
将溴钨灯安装到入射狭缝处（灯的前端接口与狭缝是配套的，可直接挂上），打开溴钨灯电源，调节电流至大。
调节负高压至300V，设在软件“参数设置”中选择工作模式为“能量”，间隔1.00nm，工作范围（即起始波长和终止波长）为200-660nm，采集次数为25，其它参数不变。
点击菜单“定点”按钮，弹出的对话框中设置波长（500nm）和扫描时间（60s），设置后仪器将自动扫描至500nm 处连续测量光强，60 秒后停止。
在扫描过程中，分别调节入射和出射狭缝，可即时看到出射光强的变化。
保持出射狭缝0.50mm 不变，减小入射狭缝，使光强刚好减小至零（或小到不变，光强一般至少小到10 以下），此临界位置即为入射狭缝的零点。
同样，调节入射狭缝至0.50mm 并保持不变，逐渐减小出射狭缝，使光强刚好减小至零（或小到不变），此临界位置即为出射狭缝的零点。
记录零点误差。
3. 用钠灯双黄线校正光谱仪。
点亮钠灯，使其对准入射狭缝，调节入射狭缝为0.40mm，出射狭缝为0.20mm，工作范围580-600nm，间隔0.01nm，负高压约300V，选择寄存器1）。
点击“单程”开始扫描，扫描结束后，如果谱线的最大值小于200 或者大于950，则适当增大或减小负高压（以后所有的谱线都要满足这个条件，不再赘述），再次扫描。
得到合适的谱线后，用软件的自动或半自动寻峰功能找到两条谱线，并与理论值比较，如果误差超过1nm，则用软件的修正功能予以修正。
4. 量高压汞灯光谱（入射狭缝为0.40mm，出射狭缝为0.20mm，200-630nm，间隔0.1nm，负高压与钠灯相当，选择寄存器2），寻峰，记录波长和相对光强。
与理论值比较，作标准值－测量值曲线图，并得出光谱仪的波长修正公式；
5. 测量氢（或者氢氘）原子光谱。
氢灯灯管很细，注意尽量对准狭缝，负高压预设600V，如没有谱线，应左右移动氢灯使其对准狭缝再测（分三段测量，650-660nm，480-500nm，380-440nm，间隔0.01nm，分别选择寄存器3、4、5），寻峰，记录波长和相对光强，由上一步得到的修正公式计算实际的波长和里德伯常数，并与理论值比较；
4实验结果数据
1. 出射狭缝的零点：0.185mm
2. 入射狭缝的零点：-0.019mm
3. 钠光灯校正光谱仪的波长：
4.高压汞灯光谱：校正前校正后
寻峰所得数据：
5.氢原子光谱：
380nm-440nm：
480nm-500nm：
650nm-660nm：
6.溴钨灯滤色片透过率曲线：5 数据处理
1.用汞光灯谱数据，作λ理—λ散散点图，拟合并得到曲线公式
2.作滤色片的透过率曲线
6
实
验
总
结本次实验作为这学期的第一次实验，难度算一般，唯一的缺点在于本次实验比较费时
间，而且反复性较强，一次成功比较难，故需要有一定耐心。
这次实验学习使用了光栅光谱仪并且对光谱有了一定的了解，并且了解了光栅光谱仪的原理，在数据处理上origin lab 的使用还不够熟练，需要探索并做到使用流畅，总之本次实验比较顺利。
7 参考文献
[1] 杨胡江、肖井华、尚玉峰、程洪艳近代物理实验讲义 [M] P60~64 北京邮电大学理学院物理实验中心
[2] 多功能光栅光谱仪(单色
仪): /jpkc/guojia/dxwlsy/kj/part3/introduction/MFS.html
[3] 光栅光谱仪的定标: /doku.php?id=exp:common:dsydb
[4]杨晓冬，李正灯，李惠玲，周杰，钟远聪光栅光谱仪入射与出射狭缝宽度对测量谱线线宽影响研究《嘉应学院学报》, 2008, 26(6):38-41。