光栅光谱仪实验报告Word下载.docx
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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。
3
比圈光谓何怙构）及电顼控m■■b；
它由光阴极、电子光学输入系统、倍（又称“倍阴极发射光电子
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，
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一一打拿极增极”）一一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，
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，
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。
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1）10
h——光阳様：
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CCD是电荷耦合器件的简称，是一种金属一氧化物一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
sillV
廿=^（sin<
^+5iniH）¥
（sLLi6+sin9）
当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角0取+号，异侧时取—号。
单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinO=-sin0或①=0。
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）,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。
的內仲类型光懺各级谱线强惶TT轻
“申向光栅b.闪無此Ml
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。
同样，调节出射狭缝至。
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，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。
保持出射狭缝不变，减小入射狭缝，使光强刚好减小至零（或小到不变，
同样，调节入射狭缝至并
，此临界位置即为出射
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。
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）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，出
射狭缝为，工作范围580-600nm，间隔，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，出射狭缝为，200-630nm,间隔，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，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
波长入（nm）
4.高压汞灯光谱:
7
*Hai
1
363.4
111.3
2
aea.e
3r.4
4C3.£
456.1
4
4Lb.4
蛀r
6
⑶&
?
er.5
e
5«
7
437.3
BKS
蛀7
価1
496
5.氢原子光谱:
400
LU
W二
:
J3e5.26ritn
350
300
250
200
150
100
50
4S0
485
500
I-
490495
波长A（nm）
5数据处理
1.用汞光灯谱数据，作入理一入散散点图，拟合并得到曲线公式
550
600
C
050
656
Equation
y=a+b'
x
Intercept
4.35862?
0.
Slope
0199263?
Z
ResidualSum
0.03819
Pearson'
sr
R-Square（CO
Adj.R・Sq|ua佗
450500
测量波长入（nm）
2.作滤色片的透过率曲线
350400450500550600'
650700
波长Vnirn）
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originlab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）:
[3]光栅光谱仪的定标:
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
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