单色仪的定标
单色仪的定标和滤光片光谱透过率的测定(优选)word资料
单色仪的定标和滤光片光谱透过率的测定(优选)word资料《单色仪的定标和滤光片光谱透过率的测定》教案实验方式：讲解与演示相结合（25-30分钟），学生实验（100-120分钟）实验要求：1、了解单色仪结构、原理和使用方法；2、掌握单色仪的定标方法；3、掌握用单色仪测定滤光片光谱透过滤的方法。
实验仪器：棱镜反射式单色仪、会聚透镜、滤光片、检流计、汞灯等。
讲解及演示主要内容：（20分钟）1．单色仪的构造：入射准直系统、色散系统、出射系统。
2．单色仪的定标要观察到清晰的光谱线，通过显微镜观察出射光谱线，适当减小入射狭缝宽度，增大出射狭缝宽度，使得双黄谱线分开。
3．滤光片光谱透过滤测定此时，要适当增大入射狭缝宽度，减小出射狭缝宽度，同时要保证不放滤光片时，检流计偏转格数尽量大（2/3满偏）。
4．制作定标曲线和光谱透过率曲线。
5．实验中注意事项：A．照明光路中，透镜的位置选取以均匀照亮入射狭缝为准；B．定标时，显微镜中叉丝竖线要与被测谱线重合，且读数鼓轮向一个方向转动以防止回程差；C．光谱透过率测定过程中，入射光波波长改变，入射和出射狭缝宽度要跟着变。
6．思考题：A．三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过三棱镜？它是如何实现的？B．什么叫三棱镜色散的最小偏向角？单色光实现最小偏向角的条件是什么？C．如发现单色仪定标曲线上相对于已知波长λ的鼓轮刻度L偏离了ΔL，能否将原定标曲线平移ΔL后继续使用，为什么？7．数据表格A．定标表格第二章遥感物理基础—电磁辐射和地物光谱特征本章主要内容电磁波与电磁波谱地物的光谱特性大气和环境对遥感的影响一、电磁辐射电磁辐射1.电磁波波 :振动在空间的传播电磁波（ElectroMagnetic Spectrum） :电磁振荡电磁波（在空间的传播。
电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。
单色仪的定标
数据处理
∴以光谱线波长λ为横坐标, 滚轮读数L 为纵坐标画曲线, 即能得到单色仪的定标曲线
单色仪的定标和分光计的应用
实验要求: 如何用分光计和三棱镜来实现单色仪的全部功能。
设计具体操作步骤, 例如三棱镜应该如何摆放。
写出操作指南, 别人按照指南可重复你的结果, 同时利用定标后的分光计可测量任意光源的波长（要求: 当仪器调好, 用望远镜观察时, 除了水平转动远镜外, 不可以进行其它调节）
三棱镜摆放：在调节好平台和望远镜后, 将三棱镜放上小平台。
在望远镜中观察到光线后, 将光线向右调节, 找到第一条黄线的最小偏向角, 在这个临界位置开始读数。
实验数据记录
转化为小数后计算其根据该公式计算其夹角
所以根据其波长和角度进行定标
()()()
1211
22ϕϕϕϕϕϕϕII I II I ⎡⎤
''=+=-+-⎢⎥⎣
⎦。
单色仪定标实验报告
单色仪定标实验报告实验目的，通过单色仪定标实验，掌握单色仪的使用方法，了解光的色散规律，掌握用单色仪测定光的波长的方法。
实验仪器，单色仪、汞灯、钠灯、氢灯、汞镁灯、透射光栅、测微目镜、波长计。
实验原理，单色仪是一种用来分离和测定光谱的仪器。
当白光通过单色仪时，不同波长的光被分散成不同的角度，形成光谱。
利用透射光栅，可以将光谱中的各个波长分离开来，然后用测微目镜和波长计来测定各个波长的位置，从而得到光的波长。
实验步骤：1. 调整单色仪，将单色仪放在实验台上，调整仪器使得入射光垂直射入单色仪的入射口，并使得出射光垂直射向透射光栅。
2. 测定汞灯谱线，打开汞灯，调整单色仪使得汞灯的光谱线通过透射光栅，用测微目镜和波长计测定各个谱线的波长。
3. 测定钠灯谱线，同样的方法，测定钠灯的光谱线的波长。
4. 测定氢灯谱线，同样的方法，测定氢灯的光谱线的波长。
5. 测定汞镁灯谱线，同样的方法，测定汞镁灯的光谱线的波长。
实验结果：汞灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 450 波长 579.1nm。
谱线2，位置 550 波长 576.9nm。
谱线4，位置 750 波长 491.6nm。
谱线5，位置 850 波长 435.8nm。
钠灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 460 波长 590.0nm。
谱线2，位置 560 波长 589.4nm。
谱线3，位置 660 波长 588.9nm。
谱线4，位置 760 波长 587.1nm。
谱线5，位置 860 波长 589.6nm。
氢灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 470 波长 656.3nm。
谱线2，位置 570 波长 486.1nm。
谱线3，位置 670 波长 434.0nm。
谱线4，位置 770 波长 410.1nm。
谱线5，位置 870 波长 397.0nm。
汞镁灯的谱线位置及波长：谱线1，位置 480 波长 435.8nm。
谱线2，位置 580 波长 404.7nm。
谱线3，位置 680 波长 365.0nm。
单色仪的定标和光谱测量
光栅单色仪的定标和光谱测量一、实验目的（1）：了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）：掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）：测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。
（4）：测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
二、实验原理（见预习报告）三、实验仪器光栅光谱仪(单色仪)是一个光谱分析研究的通用设备，其元件主要包括：光栅及反射镜，准光镜和物镜，入射出射狭缝旋钮，信号接收设备(光电倍增管/CCD)，计算机及软件系统，图7给出了典型光栅单色仪的结构图。
光栅光谱仪(单色仪)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），也可以作为更为复杂的光谱仪器的后端分析设备，比如激光喇曼/荧光光谱仪。
光栅由计算机软件控制步进电机驱动，可以获得较高的精度。
从图7可知，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。
当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
如果S2出射狭缝位置连接信号接收设备（光电倍增管/CCD ，），则可对出射光谱进行数据采集分析（部分内容请参考《大学物理实验》第二册中的“单色仪的使用和调整” ）。
本实验使用的仪器：WDS-8型组合式多功能光栅光谱仪，焦距f=500 mm.光栅条数：1200 L/mm 。
狭缝宽度在0-2 mm 连续可调，示值精度0.01 mm 。
光电倍增管的测量范围：200-800 nm ；CCD 的测量范围：300-900 nm 。
图7 光栅单色仪的结构和原理四、实验内容(1):光栅单色仪的定标单色仪的定标指的是借助于波长已知的线光谱光源来对单色仪测量的波长进行标定，校正在使用过程中产生的波长位置误差，来保证测量的波长位置的准确性。
单色仪的定标和光谱测量
方案 高速，USB2.0接口，即插即用接口，无需PCI卡，16-bit动态
域，2MHz读出速度，无需PCI卡 单层光输入窗口玻璃，最小的光损耗 特制CCD芯片及UV镀膜，具有高灵敏度及分辨率 双放大器结构和独立的增益设定。无可比拟的多功能性 触发及快门控制，先进(xiānjìn)的操作尽在您的掌握
m=1, N=64mm1200/mm=76800
精品资料
闪耀(shǎnyào)光栅的原理
n为刻槽面法线方向
为光线的入射角
N为光栅面法线方向
为光线的衍射角
N
b 光栅的闪耀角
n -b
角度的符号规定（顺 时针为正）
-
b
精品资料
入射角与闪耀波长(bōcháng)的关
系
n ,m , .
光强曲线(qūxiàn)
精品资料
单色仪狭缝(xiá fénɡ)宽度的讨论
1、设照明狭缝的光是完全非相干的（即每一点为独立的点光源）。 2、设狭缝为无限细，由衍射(yǎnshè)理论可知谱线的半宽度为： 3、当狭缝a逐渐变宽时的变化如下图所示：
f = 500 mm
w0
w
.
f
D
f
an D
a/an
精品资料
(jǔxíng)
单色仪的分光(fēn ɡuānɡ)系统—光 栅
矩 形
光 栅
凹 面 平 场 光 栅
精品资料
入射光垂直(chuízhí)矩形光栅时衍射光强的分布公式：
II0(si n)2(sN in siN n)2
单缝衍射因子(yīnzǐ) 干涉 因子(yīnzǐ)
单色仪的定标
f
=
r
2(n −1)
（5―13―1）
式中， n 为透镜材料的折射率，它随着光波的波长不同而不同，波长 λ 越长，折
射率 n 就越小，焦距f就越大，反之亦然。所以由三棱镜分解出来各种不同波长的光波
通过凸透镜折射后所成的像不是在此透镜的单一焦平面上，而是在与主光轴有倾斜的
准焦平面上。
凹面反射镜的焦距为
f =r 2
缝S1对准凸透镜和汞灯所发出的光线。适
当调节透镜和汞灯的位置，使汞灯发出的
光成像在入射狭缝S1上。
3
S1
2
1
２．观测装置的调整
在出射狭缝S2前放一测微目镜或读数 显微镜，调节测微目镜，直至看清叉丝。 然后调节其物镜，看清出射狭缝S2和狭缝
S2
1 .汞灯 2 .短焦距凸透镜 4 3 .单色仪 4 .测微目镜
隐若现。这时，只有定下心来，耐心观察，才能看清楚。如汞灯的红谱线有三条，其
中一条波长为725.00纳米的暗谱线，看起来非常朦胧。（2）对于颜色的界定不明确， 特别是从一种颜色向另一种颜色过渡的过渡色很难分辨。如橙色与红色，初次接触难 于分清，只能边看边学，边认识。（3）观察光谱与个人眼睛的好坏有很大关系，好的 眼力，可多看出一些谱线，眼力差一些，就只能少Байду номын сангаас出一些谱线。
４．测量 为了准确测量，我们可以转动鼓轮，将汞灯光谱从红到紫来回多看几遍，并且将 鼓轮的读数范围确定下来。在基本辨认和熟悉全部23条谱线颜色特征以后，调节器观 测装置，把测微目镜的叉丝对准出射缝中央，向一个方向缓慢转动鼓轮，从红到紫， 读出每一条谱线所对应的鼓轮读数，重复读两次，并将数据填入下面的表5—13—1 中。 数据处理
２．单色仪（WDF型）的设计思路和实际光路图 为了使谱线像差小、成像清晰、集光本领强、体积小等技术指标更趋完善和使用 方便，人们在实际制造单色仪时，对某些具体结构作了重要改进。
单色仪的定标
单色仪定标曲线的标定是借助于已知线光谱源进行，为了获得较多的点，必须要有一组光源，通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、铁、锌做电极的弧光光源等。
3．将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝 的刀口调焦，使显微镜视场中观察到的谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝 尽可能小，出射缝 可适当大些，根据可见光区汞灯主要谱线波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
4．使显微镜的十字叉丝先对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到谱线中心依次对准叉丝时，分别记录鼓轮读数（ ）和与其对应的谱线波长（ ），重复测量三次，取其平均值。
弱
612．33
弱
红色
623．44
中
深红色
671．62
中
690．72
中
实验注意事项
狭缝是单色仪的精密元件，要特别小心使用，旋转测微螺旋调整缝宽时，动作要慢，切勿使狭缝的二刀口相碰，即不允许使测微螺旋读数为小于零。
思考题
1．如果发现单色仪定标曲线上相对于已知波长 的鼓轮读数 偏离了 ，能否将原定标曲线平移 后继续使用，为什么？
色散棱镜 与平面反射镜 的组合，称为瓦兹渥斯色散系统（Wadsworth）。如图5.7-2所示，棱镜 和平面反射镜 安装在同一转台上一齐转动，转动的轴就是棱镜顶角等分面与底边的交线（通过 ，垂直于图面）。一般地， 上的入射光和经棱镜折射后的单色平行光之ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的夹角 为定值，且有关系式
在瓦兹渥斯色散装置中，由于 的反射面与棱镜顶角等分线相垂直，即 ，所以 ，因此满足最小偏向角的光线通过这种色散装置之后仍平行于原来的入射线，相互之间仅发生一定的平移。这样转动转台，当 角增大时波长短的单色光可以射出；当 角减小时波长长的单色光可以射出。棱镜转动的位置有鼓轮刻度标志，因每一鼓轮刻度都和一定的单色光的波长相对应，因而只要有了单色仪的定标曲线——鼓轮刻度与光谱波长之间的对应曲线（又称色散曲线）就可以从鼓轮读数确定出射光的波长。
大学物理实验---单色仪的定标和光谱测量
G
M2 M1
S2 PMT
S1：入射狭缝 G：闪耀光栅 S2：出射狭缝 M2：反光镜 M1：离轴抛物镜 PMT：光电倍增管
如下图所视，当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图） 时，光栅的闪耀角为θ 。 取一级衍射项时，对于入射角为φ，而衍射角 为θ时，光栅方程式为： d(sinφ＋sinθ)= λ
������2 =
|497.812−497.78| 497.78 498.2
2、498.250 =0.006% =0.01%
|498.250−498.2|
2、
低压汞灯光谱测量
页 5
BY 王有识
实 验 报 告
Figure 5 低压汞灯 黄光 强
峰值数据：1、576.925 与标准值之间误差：������1 =
λf
D；
= a= W0 0.86 a = n
Hale Waihona Puke λfD 时最佳 （D 为光栅的宽度， f 为等效会聚透
镜的焦距） 3、
单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和 计算？
答：理论分辨本领 R 的 R = λ = mN 计算： dλ m=1， 为光栅的总线条数。 N
m 为干涉级次，
实际分辨本领的测量和计算，原理和操作如下：
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BY 王有识
实 验 报 告
LED 灯能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。 LED 灯具有以下优点： 一、高光效 LED 光效达 50～200 流明/瓦，光谱窄，单色性好，
几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。 二、高节能 具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个 10～
12 瓦的 LED 光源发出的光能与一个 35～150 瓦的白炽灯发出的光能 相当。同样照明效果 LED 比传统光源节能 80%～90%。 三、 光色多 可以选择白色或彩色光， 红色、 黄色、 蓝色、 绿色、
实验十 单色仪的定标和波长的测定
a = a' …………………………………………………………⑤
f1 f2
上式表明，当出射缝宽和入射缝的像有同样宽度时，出射光强度最大，如果 上式简化为 。 a=a’
，则 f1=f2
若光谱宽度△λ增加 n 倍，则出射光通量将增加 n2倍。当△λ一定时，出射光通量与
棱镜的色散有关，对于不同波长的光输出，因色散不同，所以狭缝的宽度应随着改变，才能
1、 入射准直系统 组它成使，S1因由发入S出1射固的缝定入在S射1M光和1束凹的成面焦为镜面平上M行，1 光束。
2、 瓦兹渥斯色散系统 由玻璃棱镜 P 和平面镜 M 联合组装成一整体，安装在同一转台上，可以绕通过 O 点垂直于图面的轴线（棱镜顶角的 等分面和底面的交线）转动，该系统的特点是平行光束通过后，以最小的偏向角出射的单色 光仍平行于原入射光，即该系统为恒偏向色散装置。 3、 出射聚光系统 后光，，会通聚常由在称凹为面M单镜2的色M焦光2面和。，出即射出缝射S2缝组S成2，的它平将面色上散，后因沿S不2缝同宽方较向小传，播从的S单2输色出平的行是光波经段M很2 反窄的射 随着棱镜台绕 O 轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也随之改变，当最小 偏向角由1、小单变色大仪时的，光从谱S宽2 输度出的单色光的波长将依次由长变短。 若入射光从 S1 射入，入射缝宽为 a，则狭缝 S1 在出射缝 S2 的光谱面上成像，其像宽为
本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400-760nm）进行定标，然后
用定标曲线测出钠双黄线的波长。
[实验内容及步骤]
1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节和读数以及狭缝使用时的注意事
项。因为两个缝的宽度直接影响出射光的强度和单色性，所以必须根据需要适当选择缝宽。
单色仪的定标和光谱测量
距 f=500 mm.光栅条数：1200 L/mm。狭缝宽度在 0-2 mm 连续可调， 示值精度 0.01 mm。光电倍增管的测量范围：200-800 nm；CCD 的测 量范围：300-900 nm。
四、实验内容
(1):光栅单色仪的定标 单色仪的定标指的是借助于波长已知的线光谱光源来对单色仪测量的波长 进行标定， 校正在使用过程中产生的波长位置误差，来保证测量的波长位置的准 确性。 定标用光源：氦氖激光器（632.8 nm） 低压钠灯（589.0 nm 和 589.6 nm） 要求设计和调整光路把光导入入射狭缝，测量时须找出合适的负高压值， 并利用采集程序设定合理的测量范围获取双光谱线（钠灯）完全分离开的光谱 曲线。并记录负高压值和保存光谱曲线。测量低压钠灯的光谱，钠原子光谱一般 可观察到四个线系：主线系、第一辅线系（又称漫线系） 、第二辅线系（又称锐 线系）和柏格曼线系（又称基线系） 。由同一谱线的波数差即可得到钠的里德伯 常数。( 该单色仪可测得谱线的精细结构，对精细结构处理后即可得到谱线波 数)。 在仪器调整较好的情况下我们可测得主线系的 589.0 nm 和 589.6 nm，
二、 实验原理（见预习报告） 三、实验仪器
光栅光谱仪(单色仪)是一个光谱分析研究的通用设备，其元件主要包括：光 栅及反射镜，准光镜和物镜，入射出射狭缝旋钮，信号接收设备( 光电倍增管 /CCD)， 计算机及软件系统， 图 7 给出了典型光栅单色仪的结构图。 光栅光谱仪(单 色仪)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） ，也可 以作为更为复杂的光谱仪器的后端分析设备，比如激光喇曼/荧光光谱仪。光栅 由计算机软件控制步进电机驱动，可以获得较高的精度。
2
3
p
东北大学单色仪定标实验详细过程
首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。
其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。
问的问题大致是六个，分别是：1.单色仪的结构原理2.单色仪定标的原理3.单色仪定标的意义4.如何识别谱图5.单色仪鼓轮读数怎么读6.显微镜的使用方法前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。
进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。
幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。
注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！光谱、读数显微镜与单色仪透镜和汞灯以上就是我们实验时用到的仪器。
首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。
接着是调整单色仪鼓轮的位置注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。
而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。
我们通过拧动上图的杆来旋动鼓轮，鼓轮随着杆的转动而转动，不要把手伸到单色仪下方转鼓轮，拧动杆使得鼓轮的读数在18.000mm处，鼓轮的位置就调节好了。
然后是调整透镜的位置注意入射缝那有一个较亮的原点，那个原点就是入射光线，我们需要调节原点的亮度达到最大，前后移动透镜，观察原点的变化趋势，在原点达到最亮的时候停止，之后的实验中就不要动透镜了。
实验七单色的定标和滤光片光谱透射率的测定
实验七 单色仪的定标和滤光片光谱透射率的测定实验目的1、了解棱镜单色仪的构造原理和使用方法；2、以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标；3、掌握用单色仪测定滤光片光谱透射率的方法。
实验仪器反射式棱镜单色仪，溴钨灯（12V，50W），直流稳压电流，汞灯，硅光电池，灵敏电流计，低倍显微镜，滤光片，会聚透片（两片），毛玻璃。
实验原理单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，把一束复色光分解成它的“单色”组成。
单色仪依采用色散元件的不同，可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类。
单色仪运用的光谱很广，从紫外、可见、近红外一直到远红外，对于不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜或光栅。
例如应用石英棱镜作为色散元件，则主要运用于紫外光谱区，并需用光电被增管作为探测仪；若棱镜材料用NaCl（氯化钠）、LiF（氟化锂）、KBr（溴化钾）等，则可运用于广阔的红外光谱区，用真空温差电偶等作为光探测器。
本实验所用玻璃棱镜单色仪仅适用于可见光区，用人眼或光电池作为光探测器。
图16-1所用为反射式棱镜单色仪的结构示意图，其外壳是圆形的，下方有驱动棱镜台转动的丝杆和读数鼓轮，外侧装有缝宽可调的入射狭缝S1和出射狭缝S2。
其光学系统由下列三部分组成：1、入射准直系统由入射S1和凹面镜M1组成，因S1固定在M1的焦面上，它使S1发出的入射光束成为平行光束。
2、瓦兹渥斯（Wadsworth）色散系统由玻璃棱镜P 和平面镜M 联合组成一整体，安装在同一转台上，可以绕通过O 点垂直于图面的轴线（棱镜顶角的等分面和底面的交线）转动。
该系统的特点是平行光线通过后，以最小偏向角出射的单色光仍平行于原入射光。
即该系统为恒偏向色散装置。
3、 出射聚光系统由凹面镜M2和出射缝S2组成，它将色散后沿不同方向传播的单色平行光经M2反射后，会聚在M2的焦面，即出射缝S2的平面上，因S2缝宽较小，从S2输出的是波段很窄的光，通常称为单色光。
随着棱镜台绕O 轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也跟着改变，当最小偏向角由小变大时，从S2输出的单色光的波长将依次由长变短。
单色仪的定标和滤光片光谱透射率的测定
1 §3.14 单色仪的定标和滤光片光谱透射率的测定 目的1．了解棱镜单色仪的构造原理和使用方法.2．以高压汞灯的主要谱线为基准,对单色仪在可见光区进行定标.3．测定滤光片的透射率曲线.仪器及用具反射式棱镜单色仪、稳压电源、溴钨灯、汞灯、硅光电池、光点检流计、读数显微镜、滤光片、会聚透镜、读数小灯等.实验原理1．单色仪的基本结构单色仪是一种分光仪器,它通过色散元件的分光作用,把一束复色光分解成它的“单色”组成.单色仪采用色散元件的不同,可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类.单色仪运用的光谱区很广,从紫外、可见、近红外一直到远红外.对于不同的光谱区域,一般需换用不同的棱镜或光栅.例如,用石英棱镜作为色散元件,则主要应用紫外光谱区,并需用光电倍增管作为探测器;若棱镜材料用NaCl (氯化钠)、LiF (氟化锂)或KBr (溴化钾)等,可运用于广阔的红外光谱区,用真空热电偶等作为光探测器.本实验所用国产WDF 型反射式单色仪,棱镜材料是重火石玻璃,仅适用于可见光区,用人眼或光电池作为光探测器. 图 3.14-1是反射式棱镜单色仪的光路图,它的光学系统主要由三部分组成：(1)入射准直部分由入射狭缝S 1和准直凹面反射镜M 1组成.(2)色散系统是仪器的核心部分,由固定在一起的平面反射镜M 2和三棱镜P 组成.它们置于色散工作台上,可一起绕O 轴转动,以保证在转动色散系统时,只有“以最小偏向角通过棱镜的那种波长的光”才能从S 2缝射出．(3)出射聚光系统由聚焦凹面反射镜M 3和出射狭缝S 2组成.光源发出的光经透镜L 照亮入射狭缝S 1,进入S 1后射向准直镜M 1,经M 1反射后成为平行光射向平面反射镜M 2,M 2反射后仍为平行光射向三棱镜P .由于棱镜的色散作用经棱镜折射后成为不同方向的平行光,各种不同波长的光束方向各不相同,波长长的偏向角小些,波长短的偏向角大些,同种波长的二束平行光沿着自己的方向进行,射到聚焦镜M 3上经反射后会聚于M 3焦面上的一点.由入射狭缝S 1上各点产生的同种波长但方向不同的平行光束会聚于M 3焦面上的不同点,所有这些点形成一条谱线.谱线即狭缝S 1的像.若光源包含多种波长成分,则在M 3的焦面上便获得很多谱线(也可以是连续的).出射狭缝S 2位于M 3的焦面上,因S 2较窄,于是落在S 2处的单色光就从狭缝射出了.在仪器的底部有读数鼓轮,它与万向接头转动杆及把手相连.当转动把手时,棱镜就图3.14-12转动,鼓轮读数反映了棱镜转动后的位置,从而也反映了出射光的波长.鼓轮旁有反光镜,便于读数.2．单色仪波长的定标单色仪的鼓轮读数R 与出射光的波长λ有一一对应关系.以R 为纵坐标,λ为横坐标,画出R —λ曲线,称为单色仪的校准曲线(又叫定标曲线).单色仪出厂时虽然附有校准曲线的数据或图表供查阅,但经过运输及长期使用或重新装调后,其数据会有偏离,因此需要重新标定,作出校准曲线,这样就可以由鼓轮读数得知出射光的波长,便于使用.单色仪定标是借助于一些波长已知的线状光谱的光源进行的.本实验选用汞灯作光源.实验时将汞灯的光照亮入射狭缝S 1,使其一些已知波长的光,依次先后从出射狭缝S 2射出,记下相应的鼓轮读数R ,便得到λ与R 的一一对应关系.3．物体的透光特性当波长为λ,光强为I 0 (λ)的单色光束垂直照射到透明物体上时,若透过物体的光强为I T (λ)则定义I T (λ)/I 0(λ)为该物体对此波长的光的透射率,即同一物体对不同波长的光的透射能力是不一样的,即T 是波长λ的函数.由于物体的吸收、表面的反射和散射等损失,所以物体实际的透光率总是小于l .若以白炽灯为光源,出射的单色光由光电池接收,用光点检流计显示其读数,则出射的单色光所产生的光电流i 0(λ)与入射光强I 0(λ)、单色仪的光谱透射率T 0(λ)和光电池的光谱灵敏度S (λ)成正比,即式中K 为比例系数.若将一光谱透射率为T (λ)的透明物体(滤光片)插入被测光路,则相应的光电流可表示为由(3.14-2)和(3.14-3),得 本实验要求用单色仪测定滤光片的光谱透射率T (λ),作出T (λ)—λ曲线,并求出光谱透射率的半宽度(透射率降到最大值的一半的波长范围∆λ).实验内容1．定标单色仪在可见光区定标,光路图如图3.14-2所示.(1)光路调节:点亮汞灯,先不放透镜L ,使汞灯发光体中部与入射缝S 1大致对正,将入射缝S 1和出射缝S 2开大(如S 1≈0.5mm ,S 2≈2mm ,注意顺时针旋转为打开狭缝)用眼睛从出射缝S 2处向单色仪内观察,适当转动鼓轮,可清楚看见光源的不同颜色光的像.调节光源的高低和左右,使光源的像正好位于聚焦物镜M 3的中央.将S 1缝宽减小到0.1mm 左右,在光源与S 1缝之间加入聚光透镜L ,使光源经L 在S 1处成像.）（）（）（）（114.30-=λλλI I T T )214.3()()()()(000-=λλλλS T KI i )314.3()()()()()()()()(000-==λλλλλλλλS T T KI S T KI i T T )414.3()()(00-==λλλλλi i I I T T T ）（）（）（图3.14-2(2)调显微镜:在出射缝S2后面水平放置读数显微镜,使显微镜对S2缝的刀口调焦.调节显微镜的叉丝对准出射缝S2的中心位置.注意调好后的显微镜位置不能再移动了．(3)调节缝宽：调S1的缝宽,使汞灯的579.07nm与576.96nm两条黄谱线能明显分开.为使谱线细锐并有适当的亮度,入射缝S1的宽度一般不大于0.lmm.而出射缝S2可开得宽些(如2mm左右),以便能同时看到二至四条谱线.(4)识别谱线:在正式测定校准曲线之前,要先定性观察全过程,以识别谱线,即转动鼓轮,从红光到紫光再从紫光到红光,观察汞灯的所有谱线,认准谱线(对照表l，从谱线的颜色、强弱、谱线间距等方面去识别).(5)测量:以显微镜的叉丝交点为标准,缓慢转动鼓轮(应向一个方向转动,例如从红光到紫光),使汞灯的各条谱线中心依次对准叉丝交点,分别记下鼓轮读数R和它所对应的已知波长λ.以鼓轮读数R为纵坐标,以谱线波长λ为横坐标,在坐标纸上画曲线,便得到单色仪的校准曲线R-λ.2．测定滤光片的T—λ曲线(选作)在可见光区测定,用溴钨灯做光源,用光电池和光点检流计组成的光电接收器来测量相对光强.在单色仪定标的基础上,测定滤光片的T—λ曲线.(1)将光电接收器套在出射缝S2处,检流计选取合适的量程,并调好检流计的零点.(2)将光源换成溴钨灯,电流暂取4A,调溴钨灯使其经透镜L在S1处成像.转动鼓轮,观察检流计偏转格数随波长变化的情况,使鼓轮停在检流计偏转最大的波长位置处,逐步增大溴钨灯的电流,使检流计偏转较大(如100格左右),注意溴钨灯的电流不得超过其额定值5A.(3)选测量点:将滤光片插入光路,转动鼓轮,观察滤光片对不同波长的透光情况,考虑选取哪些点进行测量.在弱吸收附近.测量点可少一些,在强吸收附近,测量点要密些.(4)测量:将鼓轮R沿一个方向(例如从红光到紫光)旋到适当位置,记录光点检流计偏转格数i0(λ),对再加上滤光片,记录光点检流计偏转的格数i T.(5)作T(λ)—λ曲线.为了简便,可使T(λ)—λ曲线与R-λ校准曲线做在同一张大小合适的坐标纸上.(6)根据T(λ)—λ曲线计算中心波长λ0及半宽度∆λ的值.思考题1．对单色仪定标的目的是什么？2．从单色仪出射狭缝S2射出的光是真正的“单色光”吗？3．试比较分光计、单色仪、棱镜摄谱仪的异同点.3。
(完整版)东北大学单色仪定标实验详细过程
首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。
其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。
问的问题大致是六个，分别是：1.单色仪的结构原理2.单色仪定标的原理3.单色仪定标的意义4.如何识别谱图5.单色仪鼓轮读数怎么读6.显微镜的使用方法前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。
进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。
幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。
注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！光谱、读数显微镜与单色仪透镜和汞灯以上就是我们实验时用到的仪器。
首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。
接着是调整单色仪鼓轮的位置注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。
而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。
我们通过拧动上图的杆来旋动鼓轮，鼓轮随着杆的转动而转动，不要把手伸到单色仪下方转鼓轮，拧动杆使得鼓轮的读数在18.000mm处，鼓轮的位置就调节好了。
然后是调整透镜的位置注意入射缝那有一个较亮的原点，那个原点就是入射光线，我们需要调节原点的亮度达到最大，前后移动透镜，观察原点的变化趋势，在原点达到最亮的时候停止，之后的实验中就不要动透镜了。
单色仪的定标及对钠光波长的测定
选十六单色仪的定标及对钠光波长的测定一、目的要求完成单色仪的定标工作，并测定钠光的波长。
实验要求：1．了解单色仪的光路结构及工作原理；2．掌握单色仪的正确定标方法；3．弄懂整个实验中各步调节的目的及达到此目的所需的视域特征；4．学会实验图线的正确绘制(要求定标曲线图应是一张符合精度要求的实用图线)；5．寻找定标公式并据此求出钠光波长；6．钠光波长测量正确度达到1％。
二、仪器设备WDF反射式单色仪、高压汞灯及镇流器、钠光灯、聚光透镜、JXD—2型读数显微镜。
三、参考书目l. 杨之昌《几何光学实验》P.185—195。
2．WDF反射式单色仪使用说明书。
四、基本原理1．单色仪的光路结构及工作原理WDF反射式单式仪由入射准直管、色散系统和出射聚光管三部份组成。
它是以玻璃棱镜作为色散元件(亦有用光栅作为色散元件的单色仪)，故又称为棱镜单色仪，其光路结构如图1所示。
S1：入射狭缝；S2：出射狭缝M1：球面反射镜(准直物镜)P：顶角为60°的三棱镜M2：平面镜，与P固定在一起M3：球面反射镜(聚光物镜)入射准直管：S1、M1组成平面镜色散系统：P与M2固定在一起组成恒偏向棱镜。
图 1出射聚光管：M3、S2组成。
外部光源发出的光经透镜(单色仪外)会聚在入射狭缝Sl后进入单色仪，直射准直物镜M1，经M1反射成平行光入射至平面反射镜M2，此光再经平面反射镜M2反射而进入三棱镜P，经棱镜色散，各种波长的光将以不同的角度射到聚光镜M3上，这些光经聚光物镜M3反射造像(入射狭缝S1的像)于一个曲面上。
在这个曲面上装有出射狭缝S2，其刃口中心定位于通λ的光线通过棱镜时具有过棱镜时具有最小偏向角的光线会聚成象的位置上。
如图l中的1λ的光线通过棱镜不处于最小最小偏向角，所以会聚成象于S2的刃口中心出射，而波长2λ就不能出偏向状态，所以它经M3成象后其象必定不在S2刃口中心，当狭缝S2较小时，2射。
只有具最小偏向角的光线才会聚成象于S2刃口中心(这是定标前必须将读数显微镜十字线调整到S2刃口中心的原因，它确定了一个标准位)。
单色仪的定标和光谱测量
光栅单色仪的定标和光谱测量实验实验目的：（1）：了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）：掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）：测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。
（4）：测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
实验简介单色仪（monochromator）是指从一束电磁辐射中分离出波长范围极窄单色光的仪器。
按照色散元件的不同可分为两大类：以棱镜为色散元件的棱镜单色仪和以光栅为色散元件的光栅单色仪。
单色仪的构思萌芽可以追述到1666年，牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜时被分解成七色光的彩色光光谱，牛顿首先将此分解现象称为色散。
1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并研究发现了太阳光谱中的吸收谱线（夫琅和费谱线）。
棱镜的色散起源于棱镜材料折射率对波长的依赖关系，对多数材料而言，折射率随着波长的缩短而增加（正常色散），及波长越短的光，在介质中传播速度越慢。
1860年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计完成较完善的现代光谱仪—这标志着现代光谱学的诞生。
由于棱镜光谱是非线性的，人们开始研究光栅光谱仪。
光栅光谱仪是利用衍射作为光学元件用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，光栅光谱仪具有比棱镜单色仪更高的分辨率和色散率。
衍射光栅的可以工作于从数十埃到数百微米的整个光学波段，比色散棱镜的工作波长范围宽。
此外在一定范围内，光栅产生的是均排光谱，比棱镜光谱的线性要好的多。
它也可以从复合光的光源（即不同波长的混合光的光源）中提取单色光，即通过光栅一定的偏转的角度得到某个波长的光，并可以测定它的数值和强度。
因此可以进行复合光源的光谱质量分析。
实验原理光栅光谱仪是利用衍射作为色散元件，因此光栅作为分光器件就成为决定光栅光谱仪的性能的主要因素。
1、衍射光栅：现代衍射光栅的种类非常多，按照工作方式分为反射光栅和透射光栅；按照表面形状可分为平面光栅和球面光栅；按照制造方法可分为刻划光栅、复制光栅和全息光栅；按照刻划形状可分为普通光栅、闪耀光栅和阶梯光栅等。
(普通物理实验)单色仪的定标
２ 什么叫三棱镜色散的最小偏向角？单色光实现最小偏向角 的条件是什么？
答：如图，一束平行单色光经棱镜折射，入射光和出射光之 间的夹角称为偏向角，当入射角等于出射角时（条件），偏 向角有最小值，称为最小偏向角。
3.出射聚光系统。由凹面镜M2和出射缝S2 组成，它将色散后沿不同方向传播的单色 平行光经M2反射后，会聚在M 2的焦面，即 出射缝S2的平面上，因S2缝宽较小，从S2输 出的是波段很窄的光，通常称为单色光．
数据测量及定标曲线绘制---
1． 调节透镜，光源的高低及水平位置，使光线垂直照射到狭缝上， 并使入射光尽量的强。 2。初步设置入射狭缝的宽度。（不能闭合，也不能过宽） 3。将出射狭缝放宽，旋转鼓轮，先用眼睛直接寻找出射光， 4。看到出射光后再用显微镜观察，注意显微镜聚焦。根据双黄线调 节入射狭缝的宽度，使双黄线能清晰的分开。 5。以双黄线和绿线为基准，向两测寻找并辩别谱线（根据谱线的颜 色、波长差及强度）。 6．找到谱线后，缓慢地转动鼓轮(从数字小往大转），直到各谱线 中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓轮读数(L)与其所对应的 波长(λ)，测量几次（转动方向相同），取其平均值。 7．以光谱线波长(λ)为横坐标，以鼓轮读数(L)为纵坐标画曲线即 得单色仪的定标曲线． 8。根据定标线测未知谱线波长。
L
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
λ
➢注意:转动鼓轮时必须向同一个方向转。
思考题
１ 三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过 三棱镜？它是如何实现分光的？
答：三棱镜的分光原理不同波长的光的折射角不同，使不同 波长的光出射方向不同。
因平行光入射三棱镜时，各点光的入射角相同，使同一波长 的出射角就相同。
利用三棱镜的色散，使不同波长的光线从不同方向射出成为 单色光。
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图２汞灯主要谱线的相对强度和波长
颜色
波长（nm） *404.66 *407.78 410.81 433.92 434.75 *435.84 *491.60 *496.03 535.41 536.51 *546.07 567.59 *576.96 *579.07 585.92 589.02 *607.26 *612.33 *623.44 *671.62 *690.72 708.19
强度 强 中 弱 弱 中 强 强 中 弱 弱 强 弱 强 强 弱 弱 弱 弱 中 中 中 弱
紫色
蓝绿色绿色ຫໍສະໝຸດ 表１汞灯主要 光谱线波长表
黄色
橙色
红色 深红色
实验内容 1．观察入射狭缝和出射狭缝的结构， 了解缝宽的调节和读数以及狭缝使用时 的注意事项．因为两个缝的宽度直接影 响出射光的强度和单色性，所以必须根 据需要适当选择缝宽．
单色仪的定标
实验目的 1.了解棱镜单色仪的结构原理和使用方法。
2.以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可 见光区进行定标。
实验仪器 单色仪 汞灯 移测显微镜 会聚透镜 毛玻璃等
实验原理 单色仪是一种分光仪器，它通过色散元 件的分光作用，把一束复色光分解成它的单 色组成。单色仪根据采用色散元件的不同， 可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类。
3．将移测显微镜置于出射狭缝处，对出 射狭缝S2的刀口进行调焦，使显微镜视场中 观察到的汞谱线最清晰．为使谱线尽量最细 锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小， 出射缝S2可适当大些．根据可见光区汞灯主 要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距 辨认谱线．并选表1中打“*”者为定标谱 线．
4．使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝 的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到各谱线 中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓 轮读数(L)与其所对应的波长(λ )，测量几 次，取其平均值。 5．以光谱线波长(λ )为横坐标，以鼓 轮读数(L)为纵坐标画曲线即得单色仪的定 标曲线． L
0
λ
λ
第一次 第二次 第三次
404.66
407.78
435.84
491.6
496.03
546.07
576.96
λ
第一次 第二次 第三次
579.07
607.26
612.33
623.44
671.62
690.72
思考题
1.简略说明制作定标曲线的过程 2.定标曲线有何作用
2．在入射缝前放置汞灯，用以照射入 射狭缝．为了允分利用进入单色仪的光能， 光源应放置在入射准直系统(S1和M1)的光轴 上．为此，将入射狭缝和出射狭缝开大，将 光源移至S1前半米以外的位置，从出射狭缝 处朝单色仪内观察，可看见光源的清晰象， 调节光源的位置，使光源的象正好位于M2的 中央．使入射缝宽减小到50μm，再在光源与 入射缝之间加入聚光透镜．调节聚光透镜的 位置，并用一块毛玻璃置于出射狭缝处，使 毛玻璃上呈现的谱线最明亮，至此光源已调 整完毕．
单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的 数据或图表供查阅，但是经过长期使用或重 新装调后，其数据会发生改变，这就需要重 新定标，以对原数据进行修正．
单色仪定标曲线的定标是借助于波长 已知线光谱光源来进行的，本实验选用汞 灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域 (400nm—760 nm)进行定标．在可见光波 段，汞灯主要谱线的相对强度和波长如图2 及表1所示。
2.瓦兹渥斯色散系统。由玻璃棱镜P和 平面镜M联合组装成一整体，安装在同一转 台上，可以绕通过O点垂直于图面的轴线转 动。该系统的特点是平行光束通过后，以最 小偏向角出射的单色光仍平行于原入射光． 即该系统为恒偏向色散装置.
3.出射聚光系统。由 凹面镜M2和出射缝S2组 成，它将色散后沿不同 方向传播的单色平行光 经M2反射后，会聚在M2 的焦面，即出射缝S2的 平面上，因S2缝宽较小 ，从S2输出的是波段很 窄的光，通常称为单色 光．
单色仪 下 方有 驱 动 棱镜台转动的丝杆和读 数鼓轮，外侧装有缝宽 可调的入射狭缝 S1 和出 射狭缝 S2 ，其光学系统 由下列三部分组成： 1.入射准直系统 2.瓦兹渥斯色散系统 3.出射聚光系统。
1. 入射准直系统。由入射缝 S1 和凹面镜 Ml组成，因S1固定在M1的焦面上，它使S1发出 的入射光束经过M1后成为平行光束．
图１ S1：入射缝 S2：出射狭缝 M1：准直凹面反射镜 M：平面反射镜 M2：聚焦凹面反射镜
随着棱镜台绕O轴转动，以最小偏向角通 过棱镜的光束的波长也跟着改变，当最小偏 向角由小变大时，从S2输出的单色光的波长将 依次由长变短．
单色仪能输出不同波长的单色光，是依 赖于棱镜台的转动才得实现．棱镜台的位置 是由鼓轮刻度标志的，而鼓轮刻度的每一数 值都和一定波长的单色光输出相对应。因此 必须制作单色仪的鼓轮读数和对应光波波长 的关系曲线——定标曲线(又称色散曲线)，一 旦鼓轮读数确定，便可从定标曲线上查知输 出单色光的中心波长．