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，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） 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 波长围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 波长围扫描数据，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围所有波长的光谱，主要分布在400~700nm波长围，这与平时使用的白炽灯能够发射可见光波长围的光这一事实吻合。

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