光栅光谱仪的应用 复旦介绍
光栅光谱仪的应用
摘要：本实验通过光栅光谱仪，测量并分析不同光源的发射光谱、溶液的吸收光谱、滤光片的透射光谱以及实验条件对光谱的影响。
关键词：光栅光谱仪、光电倍增管、发射光谱、吸收光谱、透射光谱
Abstract：In this experiment, the emission spectra of different light source, the absorption spectra of the solution, the transmission spectra of optical filters with several colours, and the effects caused by experimental conditions are measured and analyzed with the help of the grating spectrometer.
Keywords: grating spectrometer, photomultiplier, emission spectrum, absorption spectrum, transmission spectrum.
一、引言
光栅光谱仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。本实验利用定标后的光栅光谱仪，测量不同光源的发射光谱、物质吸收光谱以及透射光谱，并研究分析实验条件对光谱的影响，了解光谱特性。
二、实验原理
1.发射光谱：
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱1。处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。
由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。
稀薄气体发光是由不连续的亮线组成（实际由于光线通过时会产生吸收光谱，特定频率的光被吸收后形成暗线或暗带，剩下的就是光谱中的明线），这种发射光谱又叫做明线光谱，原子产生的明线光谱也叫做原子光谱。
固体或液体及高压气体的发射光谱，是由连续分布的波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。
白炽灯与汞灯的发射光谱区别就在于，前者是连续光谱而后者是明线光谱。
2.吸收光谱：
物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据2。
吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数（即lg(Iin/Iout)）3。
吸光度与物质的浓度、温度、本身性质等有关。
在多组分体系中，如果各组分的吸光质点彼此不发生作用，那么吸光度便等于各组分吸光度之和，这一规律称吸光度的加和性。
[I0为入射光强，I为出射光强] (1)
吸光度公式：Aλ=log I0
I
对较稀溶液，有比尔—朗伯定律：
A=αlc [α是吸收系数，l是光在样本中经过距离，c是浓度] (2)
3.光栅单色仪：
1引自《百度百科·发射光谱》；
2引自《百度百科·吸收光谱》；
3
光束从入射缝S1入射后照射到平面反射
镜M1上，再经过凹面镜M2的反射变成平行
光束照射到光栅G上，不同波长的光束经过
光栅后按不同的衍射角散射，再经过凹面镜
M3的会聚后通过出射缝出射，此时只有某一
波长的光束能出射。本实验中鼓轮内置，由
计算机控制自动转动。
光栅光谱仪原理图
4.光电倍增管
可将微弱光信号通过光电效应转变成电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真空器件。当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些电子被外电场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。经多级放大后的电子用阳极收集作为信号输出。
由于放大系统的作用，实际的光谱与测得的光谱直接有一个函数关系对应，称响应函数。
三、实验装置及过程
装置：WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪、溴钨灯、高压汞灯、汞灯、氢灯、钠灯、LED、白炽灯、日光灯、样品池、硫酸铜溶液、铁氰化钾溶液、试管、量筒、不同波长的滤色片。
过程：
开启实验仪器，初始化，设置光路，利用高压汞灯及标准谱线定标，确定本底能量E0；
打开出射缝，关闭入射缝至最小。选取绿光波长段，逐渐打开入射缝直至光谱出现能量，记录此时入射缝宽d10；
打开入射缝关闭出射缝，同上步记录出射缝宽d20；
选取合适的出入射缝宽d1,d2保持不变，选取λ=435.8nm和546.1nm段，改变负高压值U 0-200V，读取对应波长段的能量E峰值，作E-U图；
选取合适出射缝宽、负高压并保持不变，改变入射缝宽d1，记录λ=435.8nm蓝光段的信号强度E峰值，计算半峰值并读出半高宽Δλ，作E-d1和Δλ-d1曲线；
改变出射缝宽d 2重复上述过程；
选择合适出入射缝宽、负高压，选取380nm-720nm 波长段，扫描汞灯谱线；
将汞灯换成白炽灯等其他光源重复上述过程；
换成溴钨灯（Halogen LS-1-LL ），重复上述过程，并利用2800K 下的黑体辐射
能量曲线求出响应函数，从而得出汞灯等光源的光谱线；
用白炽灯光源，扫描空样品池、装蒸馏水样品池的光谱；
配制5.8mg/500ml 、29011mg/500ml 、29mg/500ml 的KMnO 4溶液，并扫描该浓度下
溶液的吸收光谱，并做吸收系数与波长的关系曲线；
扫描20g/L 的CuSO 4溶液的吸收光谱，并做吸收系数与波长的关系曲线；
在白炽灯前加上不同颜色滤色片（红外、红、橙红、橙、浅黄、紫外），扫描
200nm-800nm 波长段的透射谱线。
四、 实验结果
1.出入射缝零点
U=180V λ：432nm-438nm
入射缝零点d 10=0.388mm 出射缝零点d 20=1.500mm
误差分析：u (d )=√u B12+u B22=√0.01102+√32
mm =2.5166?10?3 ∴d 10=0.388±0.003mm , d 20=1.500±0.003mm
2.负高压与信号强度
d 1=0.590mm d 2=1.800mm E 0=17.0
图1 信号强度与负高压关系曲线E-U （435.8nm 处） 图2信号强度与负高压关系曲线E-U （546.1nm 处）
拟合公式：I =aU b +c
b =4.9±0.2,R =0.99807,
c =16.2 b =4.7±0.2,R =0.99924,c =15.6 I
I
3.入射缝宽与信号强度、半高宽的关系
d 2=1.800mm U=150V λ=435.8nm 处 I 0=17.0
0.60.9 1.2 1.5
?λ(n m )
d1' (mm)
图3 入射缝宽与信号强度曲线E-E 0~d 1′ 图4 入射缝宽与半高宽曲线Δλ~d 1′ 4.出射缝宽与信号强度、半高宽的关系
d 1=0.590mm U=180V λ=435.8nm 处 I 0=13.5
图5 出射缝宽与信号强度曲线E-d 2′ 图6 出射缝宽与半高宽曲线E-Δλ
5.响应函数
图7 标准光源（溴钨灯）发射光谱（测得） 图8 黑体辐射谱线（2800K ）
I -I 0 I -I 0
I
I
由 ： 发射光谱（测得）=发射光谱（实际）*响应函数
则将对应波长出的溴钨灯谱线E 值除黑体辐射谱线E 值既得响应函数：
图9 响应函数
最大响应波长为λ=401.6nm .
6.不同光源发射光谱（U=300V ）
以下为汞灯和白炽灯测得发射光谱除以响应函数处理后的实际发射光谱：
图10 汞灯发射光谱（实际） 图11 白炽灯发射光谱（实际）
数据处理： 汞灯光谱峰值出波长：λ1=404.6nm,λ2=404.7nm(紫),λ3=435.8nm (蓝),λ4=491.7nm,λ5=496.1nm (青) λ6=546.2nm(绿),λ7=577.1nm,λ8=579.2(黄).
白炽灯发射光谱用黑体辐射公式：E =2?c
λ?1e ?c λkT ?1 拟合后
[h 普朗克常数，c 真空中光速，k 波尔兹曼常数T 黑体绝对稳定，λ辐射波长] 可得到实验室用白炽灯温度T 约为3150K 左右。
7.溶液吸收光谱及吸光度（白炽灯，KMnO 4在U=450V 下，CuSO 4在U=400V 下） E (nm)I
I
图12 空样品池吸收光谱 图13 盛蒸馏水样品池吸收光谱
图14 29mg/500ml KMnO 4吸收光谱 图15 20g/L CuSO 4吸收光谱
图16 29mg/500ml KMnO 4吸光度 图17 20g/L CuSO 4吸光度
注：29011mg/500ml 和29mg/500ml 的KMnO 4溶液吸光度曲线相似。
数据处理：（与空样品池条件下比较）
29011mg/500ml KMnO 4溶液吸光度的极大峰值出现在λ1=525.9nm ,A 1=0.69556
;
I I
I I
次大峰值出现在λ1′=545.7nm ,A 1′=0.67127;
29mg/500ml KMnO 4溶液吸光度的极大峰值出现在λ2=525.9nm ,A 2=0.62384;
次大峰值出现在λ2′=545.5nm 和λ2′′=545.9,A 2′=A 2′′=0.59635;
20g/L CuSO 4溶液吸光度的极大峰值出现在λ=700.9nm ,A =0.91735.
8.滤色片透射光谱（白炽灯）
图18 白炽灯发射光谱（350V ） 图19 滤色片透射光谱（500V ）
五、 讨论和分析
1.定标
定标过程中蓝紫光波长段与红橙光段很难同时与标准光谱吻合，因此定标时以中间波段黄绿光为准，两侧与标准光谱有±0.1nm 的浮动，从而使全波段扫描时误差较小。研究出入射缝宽对信号强度等的影响时也选取了较准确的黄绿光段。
2.负高压与信号强度
首先，光电倍增管的放大原理是当光照射到阴极激发出光电子，光电子经二次发射倍增系统后，射出更多的电子。
定义二次发射系数：δ=n
2n 1
[n 1入射电子数，n 2出射电子数] 二次发射倍增系统一般为多级发射，本实验中为环形聚焦（9级）4，则δ=∏δi 9i=1 二次发射系数与极间电压U 关系可表示为： δ=A ?U α[A 系数常数，α待定系数]
由此，总的二次发射系数δ与U 的关系为幂指数关系：δ=∏A i 9i=1?U ∑αi 9
i=1 而E =E O ?δ [E 0单个电子能量]，因此E 与U 理论应成幂指数关系。用y =ax b 拟合后，b 1=4.9±0.2，b 2=4.7±0.2，可算得每级平局α1???=0.54±0.02，α2???=0.52±0.01。α是由二次发射极材料本身性质所决定的，理论上α1=α2，实测 4I
I
得两者有0.02的误差，在误差允许范围内。误差主要应当是由仪器本身造成的，在相同实验条件下可以发现每次测得E值不尽相同且有±20~30的浮动。
两个波长处b的相对误差分别为：η1=0.2
3.5=5.7%，η2=0.1
3.3
=3.0%。
3.出入射缝宽与信号强度、半高宽的关系
由E?E0~d1′曲线可知，信号强度随着入射缝宽度的增大而增大，显然这是因为入射缝变宽使得光照度增大从而使信号强度增强。而出射缝宽与信号强度的关系由E?E0~d2′曲线可知，同样随缝宽的增大而增大。但与入射缝不同的是，增大出射缝信号强度增大的趋势（曲线斜率）时快时慢，继续增大出射缝宽信号强度有趋于不变的趋势，这是由于光源采用的是高压汞灯，选取的波长段是汞灯的蓝光段（435.8nm），随着出射缝的增大，蓝光谱线及其周围波长的光被采集，使信号强度增大。但汞灯光谱是明线光谱，亮线周围波长处光强几乎为零，因而继续增大出射缝宽信号强度趋于饱和。
由Δλ~d1′曲线可发现，在d1‘=0.212mm处有明显的转折点，在此之前Δλ接近于一条水平线，变化很小，之后则线性增加。半高宽Δλ在单色仪中反映的是峰值处单色性的良好程度（分辨率的高低），半高宽越小表示分辨率越高，单色性越好。由于光源是汞灯，是扩展光源，空间相干性较差，较小的入射缝宽可以使汞灯光源被视作缝光源，从而保证衍射方向上条纹不重合，保证谱线单色性、分辨率良好。当入射缝宽小于某一特定值时（实验中约为0.2mm），光栅单色仪单色性良好、各谱线分辨率较高，半高宽变化很小。而当大于某一宽度值时，不同谱线开始出现重合，分辨率降低。
而对于出射缝，由Δλ~d2′曲线可知，半高宽同样随缝宽增大而增大。这同样是出射缝宽对单色性、分辨率的影响造成的。出射缝较窄时，光电倍增管接收到的光电子几乎就是鼓轮所在波长所发出的，当逐渐变宽后，所在波长附近波长段的光也将被接收，从而使单色性下降，若周围有其他明线（如双黄线），可能会导致谱线的重合，分辨率下降。
4.响应函数
实验测得CR-114型光电倍增管最大响应波长为λ=401.6nm，理论数据为
λ0=400nm5，相对误差η=λ?λ0
λ0=401.6?400
400
=0.4%，与理论值误差较小。误差主要
是以下原因造成：5
① 定标时是以黄绿光波长段为准以减小方差，400nm 段是蓝紫光波长段，会造成些许的偏差；
② 仪器本身测量的灵敏度有限，在相同实验条件下对同一波长处定点扫描，结果有较大的浮动（可能是光电倍增管疲劳所致）。
5.不同光源发射光谱
实测汞灯光谱波长：λ1=404.6nm,λ2=404.7nm(紫),λ3=435.8nm (蓝),λ4=491.7nm,λ5=496.1nm (青) λ6=546.2nm(绿),λ7=577.1nm,λ8=579.2(黄).
理论汞灯光谱λ1′=404.66nm,λ2′=404.78nm(紫),λ3′=435.83nm (蓝),λ4′=491.61nm,λ5′=496.01nm(青)，λ6′=546.08nm(绿),λ7′=576.96nm,λ8′=579.07(黄)。相对误差：ηi =|λi ′?λi |
λi ′，η1=0.15%，η2=0.20%，η3=0.07%，η4=0.18%，
η5=0.18%，η6=0.22%，η7=0.24%，η8=0.22%。与理论值误差较小，造成误差的主要原因仍然是定标及仪器本身误差导致。
拟合白炽灯发射光谱发现其形状同黑体辐射能量谱线很相似，故用黑体辐射公式拟合后，温度T=3150K ，t=2876.85℃。由于未提供白炽灯型号，无理论值比较相对误差。查数据知白炽灯钨丝发光时温度在2000℃以上，熔点为3370℃，实验值符合实际。
可观察到发射谱线末端有较明显波动，造成原因为以下：
图26末端处部分的E 与λ值 图27 处理后汞灯发射光谱
上左图为汞灯光谱（未经响应函数处理前）末端处部分的E 与λ值，理论上末端波长段E 值应为0，但由于本底电流、暗电流的存在，仍有E 0的存在，且在17.0左右上下浮动。
I
而响应函数是递减的曲线，末端值趋于0，测得光谱除以响应函数后，末端的浮动被放大，形成明显的波动。将此段单独处理后可得上右图。
6.溶液吸收光谱及吸光度
由所示吸光度图可知：空样品池与加蒸馏水样品池吸收光谱几乎相同，蒸馏水对各个波长的吸收较为平均。KMnO 4溶液吸光度最大值在绿光波长段，CuSO 4溶液吸光度最大值在红光波长段，这与实际相符。KMnO 4溶液呈紫色，紫色的互补色为绿色，因此对绿光的吸收最为明显；而CuSO 4溶液呈蓝绿色，其互补色为红橙色。
分别取29011mg/500ml 、29mg/500ml 的KMnO 4溶液，计算其在最大吸光度波长处λ1=525.9nm 对应的吸收系数α。
29mg/500ml KMnO 4溶液换算成浓度c 1=58mg/L ，l=1cm （实验室给出）。则对最大吸光波长λ1=525.9nm 处，对稀溶液由比尔—朗伯定律：α1=A 1lc 1=0.69556
1?58?10?3=11.99，换算成摩尔吸收系数ε1=α1?M =11.99?158.04=1895.28。在
29011mg/500ml KMnO 4溶液，α2=A 2lc 2=0.623841?29011?2?10?3=11.83，换算成摩尔吸收系数
ε2=α2?M =10.76?158.04=1896.61。可以看到理论上应α1=α2，实际测得两者相差了0.16，相对误差η=0.1611.99=1.33%。造成原因可能有两个：
主要原因可能还是由仪器所造成，之前提到的相同实验条件下反复对某个波长处I 值进行测量，会有较大浮动，不妨假设29mg/500ml 测量时，吸收光谱有-1的减少，则对A 1的影响为：δA 1=log 660.3157?log 660.3158=0.00276，则δα1=0.00276
1?58?10=0.0475。若有1的增加，则δα1=0.0478也就是说，仪器上I 有±1的变化，就会引起α接近0.05的变化，可见仪器精确度对其影响非常大。
再者就是入射光采用的是白炽灯连续光谱光源，比尔朗伯定律要求是严格单色的平行光垂直入射，入射光的原因也可能对误差有影响，但更大的应该是仪器所带来的。
另外，对于20g/L CuSO 4溶液，其摩尔浓度c=0.08mol/L ，已不属于稀溶液，该定律同样不满足。因为浓度较高时，吸光粒子之间的平均距离减小，受电荷分布影响会使吸收系数发生改变，偏离比尔朗伯定律。
7.滤色片透射光谱
由白炽灯发射光谱与加入滤色片后的透射光谱可知：随着加入滤色片有红外向紫外变化，透射光谱透射波长段也逐渐从红外段扩展到紫外段。滤色片为何色，则透射光谱也从相应颜色的波长出开始显示数值，其后的光谱与白炽灯光谱相似。
六、实验结论
1. d1=0.590mm，d2=1.800mm，λ=435.8nm处负高压U与信号强度I关系为：I=(4.2±0.1)?U(4.9±0.2)+16.2; d1=0.590mm，d2=1.800mm，λ=546.1nm处为I=(8.3±0.1)?U(4.7±0.2)+15.6；
2.信号强度随出、入射缝的增大而增大，半高宽随出、入射缝的增大先缓慢增大，趋于不变，后接近线性的迅速增大；
3.实测得光电倍增管的最大响应波长为401.6nm；
4.实测得汞灯光谱明线有：
λ1=404.6nm,λ2=404.7nm(紫),λ3=435.8nm(蓝),λ4=491.7nm,λ5=
496.1nm(青) λ6=546.2nm(绿),λ7=577.1nm,λ8=579.2(黄)；
5.拟合得白炽灯温度T=3150K，t=287
6.85℃；
6. KMnO4溶液吸光度最大值在绿光波长段λ=525.9nm，CuSO4溶液吸光度最大值在红光波长段λ=700.9nm，最大吸收色与溶液自身颜色为互补色；
29mg/500ml KMnO4溶液吸收系数 α1=11.99，摩尔吸收系数 ε1=1895.28；
290
mg/500ml KMnO4溶液α2=11.83， ε2=1896.61。
11
7.滤色片透射光谱从自身颜色对应波长处开始显示谱线，之后与光源（白炽灯）谱线相似。
七、参考文献
1.杨之昌，马秀芳·《物理光学实验》，复旦大学出版社，1993年12月第一版；
2.李民赞·《光谱分析技术及其应用》，北京：科学出版社，2006年8月第一版；
3.E·海尔比希，佟兆强译·《测光技术基础》，轻工业出版社，1987年1月第一版；
4.赵凯华·《光学》，高等教育出版社，2004年11月第一版。
光栅光谱仪的使用(北科大实验报告)
光栅光谱仪的使用实验报告 学院高等工程 师学院 班级自E152学号41518170姓名郑子亮 一、实验目的与实验仪器 【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范围的光谱 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 【实验仪器】 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm）。汞灯，钨灯氘灯组件，干涉滤光片等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） （1）平面反射式光栅与光栅方程 规定衍射角Θ恒为正，i与Θ在光栅平面法线的同侧为正，异侧为负。K是光谱级 对于常用的平面光栅光谱仪，谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内，因此，衍射角Θ可当做入射角i，光谱方程为： （2）闪耀问题 闪耀波长： 2平面光栅光谱仪结构组成 （1）光学系统 （2）电子系统 （3）光栅光谱仪操作
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 4.滤光片光谱特性 光谱透射率为： 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） 1.准备工作 开机前，需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮，设置参数 2.校准光谱仪的波长指示值 利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪，利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长，如果有偏差，用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量 （1）入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间，负压-300~-600之间 （2）移去钨灯&氘灯组件，将汞灯置于入射狭缝前，进行快速全谱扫描，根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数，使得记录的谱线高度适当，再进行一次慢速全谱扫描，保存实验数据。 4.滤色片光谱特性的测量 5.退出系统与关机 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. （1）汞灯光谱
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。而与k的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零的光谱两侧。 若光栅常数d 已知，在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ，则可由（5-11-1）式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。 四、实验内容 1、自组装置光栅光谱实验仪，实验装置图见图2所示。 光源发出的光经过60mm透镜会聚到狭缝上，光线经过狭缝（狭缝放置在200mm 透镜的前焦面上），从200mm透镜出来的光为平行光，再入射到光栅上。通过光栅衍射的光成像于60mm透镜的后焦平面上（实为无穷远处可调狭缝的像）。
W光栅光谱仪实验
光栅光谱仪实验 一 实验目的 1、了解光栅光谱仪的工作原理 2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 实验仪器 WDS8A 型组合式多功能光栅光谱仪,计算机, 氘灯、钠灯、汞灯等各种光源 三 实验原理 光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。 衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散 器件。它是在一块平整的玻璃或金属材 料表面（可以是平面或凹面）刻画出一 系列平行、等距的刻线，然后在整个表 面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构 成一块反射试验射光栅。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。入射光经光栅衍射后，相 邻刻线产生的光程差 (sin sin )s d αβ?=±，α为入射角， β为衍射角，则可导出光栅方程： (sin sin )d m αβλ±= (0.1) 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来，λ为入射光波长，m 为衍射级次，取0,1,2,±±等整数。式中的“±”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出 cos d m d d βλβ=， (0.2) 复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G 安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪。 在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系（如图2所示） 2cos sin d m λψη=， (0.3) 图1光栅光谱仪示意图
光栅光谱仪的应用 复旦介绍
光栅光谱仪的应用 摘要：本实验通过光栅光谱仪，测量并分析不同光源的发射光谱、溶液的吸收光谱、滤光片的透射光谱以及实验条件对光谱的影响。 关键词：光栅光谱仪、光电倍增管、发射光谱、吸收光谱、透射光谱 Abstract：In this experiment, the emission spectra of different light source, the absorption spectra of the solution, the transmission spectra of optical filters with several colours, and the effects caused by experimental conditions are measured and analyzed with the help of the grating spectrometer. Keywords: grating spectrometer, photomultiplier, emission spectrum, absorption spectrum, transmission spectrum.
一、引言 光栅光谱仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。本实验利用定标后的光栅光谱仪，测量不同光源的发射光谱、物质吸收光谱以及透射光谱，并研究分析实验条件对光谱的影响，了解光谱特性。 二、实验原理 1.发射光谱： 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱1。处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。 由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。 稀薄气体发光是由不连续的亮线组成（实际由于光线通过时会产生吸收光谱，特定频率的光被吸收后形成暗线或暗带，剩下的就是光谱中的明线），这种发射光谱又叫做明线光谱，原子产生的明线光谱也叫做原子光谱。 固体或液体及高压气体的发射光谱，是由连续分布的波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。 白炽灯与汞灯的发射光谱区别就在于，前者是连续光谱而后者是明线光谱。 2.吸收光谱： 物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据2。 吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数（即lg(Iin/Iout)）3。 吸光度与物质的浓度、温度、本身性质等有关。 在多组分体系中，如果各组分的吸光质点彼此不发生作用，那么吸光度便等于各组分吸光度之和，这一规律称吸光度的加和性。 [I0为入射光强，I为出射光强] (1) 吸光度公式：Aλ=log I0 I 对较稀溶液，有比尔—朗伯定律： A=αlc [α是吸收系数，l是光在样本中经过距离，c是浓度] (2) 3.光栅单色仪： 1引自《百度百科·发射光谱》； 2引自《百度百科·吸收光谱》； 3
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 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
光栅光谱仪与光谱分析讲稿(20210228141228)
光栅光谱仪与光谱分析 实验目的 1、 进一步掌握光栅的原理 2、 了解光电倍增管和线阵 CCD 及其在光谱测量中的应用 3、 学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本方法 4、 通过测量氢光谱可见谱线的波长，验证巴尔末公式的正确性，从而对玻尔理论的实验基 础有具体的了解。力求准确测定氢的里德伯常数，对近代测量达到的精度有一初步了解。 、实验原理 光谱分析是研究原子和分子结构的重要手段， 现有关于原子结构的知识， 大部分来源于 各种原子光谱的研究。 通过光谱研究，可以得到所研究物质中含有元素的组分和原子内部的 能级结 构及相互作用等方面的信息。 在光谱分析中，用于分光的光谱仪器和检测光的光探测 器对分析结构有着决定性作用 1）光栅光谱仪分光原理与参数 光栅是光栅光谱仪的核心，其分光原理如下： 1. 平面反射光栅的构造与光栅方程 目前最广泛应用的是平面反射光栅， 它是在玻璃基板上镀上铝层， 用特殊刀具刻划出许 多平行而且间距相等的槽面而成， 如图1所示。大量生产的平面反射光栅每毫米的刻槽数目 为600条、1200条、1800条和2400条。铝在近红外区和可见光区的反射系数都较大，而且 几乎是常数，在紫外区的反射系数比金和银都大，加上它比较软，易于刻划，所以通常都用 铝来刻制反射光栅。 我们将看到，在铝层上只要刻划出适当的槽形， 就能把光的能量集中到 某一极，克服透射光栅光谱线强度微弱的缺点。 铝制反射光栅几乎在红外、可见光和紫外区 都能用。用一块刻制好的光栅（称原制光栅或母光栅） 反射光栅在分光仪器中得到越来越多的应用。 在图1中，衍射槽面（宽度为 a ）与光栅 平面的夹角为0，称为光栅的闪耀角。当平行光 束入射到光栅上，由于槽面的衍射及各个槽面衍 射光的叠加，不同方向的衍射光束强度不同。考 虑槽面之间的干涉，当满足光栅方程 时，光强度将出现极大。式中 i 及］分别是入射光及衍射 光与光栅平面法线的夹角（入射角 和衍射角）。d 为光栅常数，m= ± 1,± 2，土 3，…，为干涉级，'是出现极大值的波长。 当入射线与衍射线在法线同侧时，公式取正号，异侧取负号。 由式（1）可知，当入射角i 一定时，不同的波长对应不同的衍射角，因而经光栅衍射 后按不同方向排列成光谱，成像于谱面中心的谱线波长称为中心波长。本仪器采用的光路， 对中心波长'0而言，入射角与衍射角相等， i = 一：（图2）,这种布置方式称为 littrow 型, 因此对中心波长'0有 可以复制出多块光栅。 由于这些优点, (1)
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范围的光谱； （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字以内，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
光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇
实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月
一． 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。 二． 实验原理 1.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 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 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0u =，即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足0v =，即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的，光栅衍射强度最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，可以采用锯齿形的反射光栅（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，衍射条件与锯齿面法线有关。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最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射（发光） 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ，发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪的使用 学号2015212822 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
20140224光栅光谱仪实验要求
光栅光谱仪 实验仪器 WGD-5型组合式多功能光栅光谱仪，滤色片一组（红绿蓝），汞灯，溴钨灯，水，玻璃片。 预习思考题 1．简述工作原理（不可照抄课本），在此基础上画出光栅光谱仪的光路图，。 2．改变光谱仪入射或出射狭缝的大小会对测量结果有什么影响？ 3．测量透过率曲线对光源有什么要求？汞灯是合适的光源吗？ 4．水和玻璃是什么颜色的？为什么？ 实验内容 一. 测量前的准备（自带U 盘） (1) 记录螺旋尺旋转方向与缝宽变化的关系。 (2) 打开单色仪的电源开关，打开汞灯、溴钨灯电源，预热5min。 (3) 将倍增管的高压调至400V(不得超过600V)。 (4) 打开计算机，进入win98 后，双击“WGD-5 倍增管”图标进入工作界面。待系统和波长初始化完成后便可以工作。 二. 单色仪波长校准 探测器选用光电倍增管，高压加到400伏。在能量模式下测量汞灯光谱。扫描范围300-750nm，扫描步长选1nm。用“自动寻峰”测量谱线波长，与标准值比较，如果波长差大于1nm，进行波长修正。 说明：光源：汞灯 参数设置：工作方式：模式“能量”，间隔“1nm”；工作范围：300—750nm。 狭缝宽度调节，使入射缝与出射缝相匹配。 点击“单程”，单色仪开始扫描。 扫描完成根据谱线强度重新调整入射和出射狭缝，使谱线尽量增高，并使黄线 576.9nm、579.0nm 分开 (以划线谱线作为参照) （汞灯谱线：波长(nm)365.02、404.66、407.78、435.83、546.07、576.96、579.07、623.4） 三. 测量滤色片透过率曲线 光源：取下高压汞灯，换上溴钨灯 １. 扫描基线 工作方式：模式“基线”。 点击“单程”，单色仪开始扫描。调节入射缝的缝宽使基线的峰值达到900以上； 扫描结束后，点击“当前寄存器”列表框右侧“---”，在弹出的“环境信息”填入信息，然后关闭。保存该寄存器的数据，选用“txt”的文本格式。 ２. 扫描透过率曲线 打开样品池顶盖，将一个滤色片放在入射狭缝的前面，盖上顶盖。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
光栅光谱仪的使用 学号 22 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
光栅光谱仪实验报告 2
一、实验目的 1.用光栅光谱仪测量白、黄滤光玻璃片的基线、吸光度、与透过率。 2.学会并掌握光栅光谱仪的应用。 二、实验仪器 1.已装载软件的电脑 2. 有白、黄滤光镜片的滤光片 3.光栅光谱仪 三、实验原理 仪器的规格与主要技术指标： 波长范围 200－800nm 焦距 302.5mm 相对孔径 D/F＝1/7 波长精度±0.4nm 波长重复性±0.2nm 杂散光≤10－3 WGD－3 型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图2-1 图2-1 光学原理图
M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4转镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。 M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线1200条闪耀波长550nm 二块滤光片工作区间白片 320－500nm 黄片 500－800nm 四、实验内容 1.进入系统后，首先弹出如图的友好界面。 2.单击鼠标或键盘上的任意键或等待5秒钟后，马上显示工作界面，同时弹出一个对话框（如图），让用户确认当前的波长位置是否有效、是否重新初始化。如果选择确定，则确认当前的波长位置，不再初始化；如果选择取消，则初始化，波长位置回到200nm处。此时，选择确定即可。 3.基线的测量，将信息/视图一栏选为动态方式，左侧的工作模式选为基线，间隔设定为0.1或0.2纳米，安好玻璃片后开始单程扫描，不断调节电压表，使图像的在450-550nm时达到顶峰，然后返回，重新初始化，重新扫描即可，将所得图像与数据保存在寄存器1中。 4.将工作模式选为吸光度和透过率后，分别按上述方法测量。将所得图像与
光栅光谱仪实验报告(doc)
光栅光谱仪实验报告（doc） 09级应用物理学03班 40908020323 肖金龙 2012.03.28 光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR)，高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。 一、实验目的 1. 掌握发射光谱测试系统，光学元件的透射率光谱,反射率光谱测试系统以 及荧光光谱测试系统的搭建 2. 学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线，学会分析 各种光学元件的反射、透射谱线。 学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱，分析荧光物质成分。 3. 二、光栅光谱仪测试系统组件名称 1(LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten) 2(LHM254波长校准汞灯光源
(The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 3(NFC-532-15陷波滤波装置 The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter. 4(SPB300 300mm光栅光谱仪(the focus is 300nm) 5(SPB500 500mm光栅光谱仪 6(SD 六挡滤光片轮the light filer for six steps 7(SAC 三口样品室sample house 10. DCS102数据采集器data acquisition implement 11. PMTH-S1-CR131 光电倍增管photo multiplier tube 12. HVC1005 高压稳压电源regulated power supply in high voltage 三、光栅基础知识及实验原理图 当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。 1. 光栅基础光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成;复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可做到高光谱分辨率。选择光栅主要考虑如下因素:
物理实验论文光栅光谱仪的使用
光栅光谱仪的使用 ——比较两种眼镜片的优劣 姓名: 班级: 学号: 指导老师:
光栅光谱仪的使用 ——比较两种眼镜片的优劣 【摘要】：在本次实验中，我用已校准的WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪，测量了两种镜片：溴化银镜片、pc加强树脂镜片的透过率和吸光度的光谱曲线，并分析比较了两种镜片在透过率和吸光度角度上的优劣。 【关键词】：光谱仪；镜片；透过率；吸光度 1 引言： 光谱分析是根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法,是研究原子和分子结构的主要手段，现有关于原子结构的知识，大部分来自对各原子的光谱研究。通过光谱研究，可以得到所研究物质中所含元素的组分和原子内部的能级结构及相互作用等方面的信息。在光谱测量中，用于分光的光谱仪器和检测光的光探测器对分析结构有决定性作用。 2 多功能光栅光谱仪： 光谱仪是指利用折射或颜衍射产生色散的一类本光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器。光栅光谱仪有着很大的应用前景，在很多科学领域以及工业领域都有着举足轻重的地位： 1、在工业中的应用 在地质采矿中需要应用光栅光谱仪进行快速的光谱分析以辨别土地中金属以及稀土元素的类别。在冶金工业中其应用更加广泛，各种型号、大小、功率的光栅光谱仪运用在生产的各个环节，其主要是在炉前分析所需要元素的类别和含量。在制造工业中则是用它来进行原料和产品的分析和检验。在轻工业、农业和食品工业中光栅光谱仪都充当着不同但都很重要的角色。 2、在生物学和医学中的应用 人体中含有少量的微量元素，但是它们在身体中扮演着非常重要的角色，分析这些元素，各种光谱仪器是必不可少的，另外在生物细胞和各种维生素的研究过程中也经常用到此类仪器，有时经常用到此类仪器分析大分子的结构，对于解决生物学和医学的一些基本问题有着积极的推动作用。不可否认在制药工业中光谱仪都是很受用的。 3、在物理学和化学中的应用 其主要作用是研究物质的辐射、结构，以及光和物质之间的相互作用。光谱仪器可以研究原子和分子的能级分布、精细结构甚至是超精细结构，同时原子、核子物理学的发展也促进了高分辨率光谱仪器的发展 4、在天文学以及天体物理学中的应用 光谱仪器的出现促使天文学产生了巨大的飞跃，从而诞生了天体物理学，使我们能够更加详细的了解各种星体的大小、成分、重量以及温度等重要的信息。 实验中使用的是WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪。WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备机集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图1
光电子技术实验_实验七实验报告
光电子技术实验报告 实验七光纤光栅特性与应用 一、实验目的 1.光纤光栅光谱特性实验（透射谱、反射谱） 2.光纤光栅的传感原理（弹光效应、热光效应） 3.光纤光栅的解调方法（边沿滤波法、扫描滤波法） 4.用光纤光栅两种解调方法测量温度、微应变、微位移与微载荷 二、实验原理 见后附预习报告 三、实验装置 实验平台，1550nm宽带光源，多功能悬臂梁，光纤光栅解调仪，隔离器，2*2耦合线，跳线、法兰盘若干等等。 四、实验内容 1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱 2.光纤光栅光谱实验 a)反射谱特性实验 测量波长-反射光强关系，绘制反射谱曲线并求出中心波长 b)透射谱特性实验 测量波长-透射光强关系，绘制透射谱曲线并求出中心波长 3.边沿滤波法实验 a)微位移测量实验 1)绘制光强与微位移关系曲线，应变与微位移关系曲线 2)根据测出的光强估算微位移大小。 4.扫描滤波法实验 微位移测量实验 1)调节悬臂，测量位移与中心波长的曲线，并拟合实验曲线 2)任意调节螺旋测微器位置，根据拟合曲线求出位移。
五、原始数据 后附原始记录数据。 六、数据分析处理 1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱 实验中用光谱仪观察到反射光谱如下图： 透射光谱如下图：
反射光谱为一窄带谱，仅在波长1549.3675nm附近有较大功率，其余波长段功率接近0。透射光谱则是宽带光谱，但在波长1549.3605nm附近的窄带内功率衰减较大。这与理论结果相符合，即仅中心波长1550nm附近波段被反射，其余波段均透射。 2.光纤光栅光谱实验 a)反射谱特性实验 原始数据见后附，根据实验测得数据，绘制波长-反射光强关系曲线如下图： 由此可得，中心波长约为1549.919nm，与理论数据相符合。 b)透射谱特性实验 原始数据见后附，根据实验测得数据，绘制波长-透射光强关系曲线如下图：
光栅光谱仪系统实验报告
光 栅 光 谱 仪 实 验 报 告 班级： 姓名： 学号： 2012.3.27
光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 主讲教师：严祥安 光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围（UV- IR），高光谱分辨率（到0.001nm）,自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。 一、实验目的 1.掌握发射光谱测试系统，光学元件的透射率光谱,反射率光谱测试系统以 及荧光光谱测试系统的搭建 2.学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线，学会分析 各种光学元件的反射、透射谱线。 3.学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱，分析荧光物质成分。 二、光栅光谱仪测试系统组件名称 1．LHD30 氘灯光源室+LPD30氘灯稳流电源 (Deuterium lamp house and deuterium power supply for steady current) 2．LHX150高压氙灯光源室+LPX150高压氙灯稳流电源 (Xe lamp house and steady power supply in high voltage) 3．LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten) 4．LHM254波长校准汞灯光源 (The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 5．NFC-532-15陷波滤波装置 The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter.
仪器分析实验报告
仪器分析实习报告 姓名： 班级：农学(药用植物) 院系：林学院植物资源利用系 学号： 指导教师： 日期：2011年12月26日到2011年12月30日
一﹑实习目的 通过本次实习，进一步了解和熟悉仪器分析理论课上学习的相关仪器的构造﹑分类﹑应用﹑图谱分析方法以及部分仪器的简单的操作方法等。理论联系实际，使自己对仪器分析这门课有更加深刻的了解，为以后走入社会奠定一定的基础。 二﹑实习时间 2011年12月26日到2011年12月30日。 三﹑实习地点 云南省昆明植物研究所﹑西南林学院实验室。 四、实习内容 (一)高效液相色谱仪 1、简介 高效液相色谱(HPLC)是在经典液相色谱法的基础上，引入气相色谱理论，并在技术上采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器而实现分离分析的方法。该方法具有分离速度快、分离效率高、选择性好、检测灵敏度高、操作自动化程度高和应用范围广等特点。 2、结构 高效液相色谱系统由流动相储液体瓶、输液泵、进样器、色谱柱、检测器和记录器组成，其整体组成类似于气相色谱，但是针对其流动相为液体的特点作出很多调整。 3、工作原理 储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相) 内, 由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数, 在两相中作相对运动时, 经过反复多次的吸附- 解吸的分配过程, 各组分在移动速度上产生较大的差别, 被分离成单个组分依次从柱内流出, 通过检测器时, 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。 使用高效液相色谱时，液体待检测物被注入色谱柱，通过压力在固定相中移动，由于被测物种不同物质与固定相的相互作用不同，不同的物质顺序离开色谱柱，通过检测器得到不同的峰信号，最后通过分析比对这些信号来判断待侧物所含有的物质。高效液相色谱作为一种重要的分析方法，广泛的应用于化学和生化分析中。高效液相色谱从原理上与经典的液相色谱没有本质的差别，它的特点是采用了高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相，适于分析高沸点不易挥发、分子量大、不同极性的有机化合物。 3、应用 高效液相色谱法只要求样品能制成溶液, 不受样品挥发性的限制,流动相可选择的范围宽,固定相的种类繁多,因而可以分离热不稳定和非挥发性的、离解的和非离解的以及各种分子量范围的物质。 广泛应用到生物化学、食品分析、医药研究、环境分析、无机分析等各种领域。 5、使用方法 (1)过滤流动相，根据需要选择不同的高效液相色谱仪滤膜。 (2)对抽滤后的流动相进行超声脱气10-20分钟。
光谱定性分析物理实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光谱定性分析物理实验报告 篇一：红外光谱分析实验报告 一、【实验题目】 红外光谱分析实验 二、【实验目的】 1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2.掌握红外光谱分析的基础实验技术 3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试 4.掌握几种常用的红外光谱解析方法 三、【实验要求】 利用所学过的红外光谱知识对碳酸钙、聚乙烯醇、丙三醇、乙醇的定性分析制定出合理的样品制备方法；并对其谱图给出基本的解析。 四、【实验原理】 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～
4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数（wavenumber）σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振 动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度
光学类实验报告
光学类实验报告
一、 实验目的 1、了解光谱仪的原理和使用方法； 2、了解积分球的工作原理和使用方法； 3、测量不同种类的滤光片的透过率 4、了解薄膜的性质与应用 5、了解光纤光谱仪的原理与应用； 6、掌握薄膜厚度的测量方法。 二、 实验仪器 卤钨光源，光纤，积分球，准直镜，光纤光谱仪，光具座，中性密度透过率测试样品，长波通带滤色片，Y 型反射式光纤，K9基底2g F M 增透塑料薄膜测试片 一组，Si 衬底2i O S 薄膜测试片一组，光具座，计算机及测试软件等。 三、 实验原理 1、利用透射光谱测定滤光片透过率 本实验利用卤钨光纤白光源准直后作为照明光源，使用积分球作为匀光器，使用光纤光谱仪检测光谱。光谱仪一般由入射狭缝、准直镜、色散元件、聚焦光学系统和探测器构成。由单色仪和探测器搭建的光谱仪中通常还包括出射狭缝，仅使整个光谱中波长范围很窄的一部分光照射到单像元探测器上。单色仪中的入射和出射狭缝位置固定、宽度可调。对整个光谱的扫描是通过旋转光栅莱完成。光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。本实验使用的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用于在线分析。由于光纤光谱仪使用了光纤传导光信号，屏蔽了工作环境的杂散光，提高了光学系统的稳定性，可以用于较恶劣环境的现场测试。光谱仪的光学分辨率定义为光谱仪所能分辨开的最小波长差。为了分辨两条相邻的谱线，这两条谱线在探测器上的像至少要间隔2个像素。因为光栅决定了不同广场在探测器上可分开（色散）的程度，所以它是决定光谱仪分辨率的一个非常重要的参数。另一个重要参数是进入到光谱仪的光束宽度，它基本取决于光谱仪上安装的固定宽度的入射狭缝或光纤芯径。 积分球的主要功能是作为光收集器，积分球内均有涂有漫分射涂层，可以高效反射200~2500nm 范围的光线。被收集的光可以用作漫反射光源或被测光源。积分球的基本原理是光通过采样口进入积分球，经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。探测口与积分球侧面的接口相连，该接口内部有一个挡板，探测器只能测量到光挡板上的光，这样就不受从采样口进入的光的角度影响，从而避免了第一次反射光直接进入金属探测器。 2、利用白光干涉测定薄膜厚度 薄膜测量系统是基于白光干涉原理来确定光学薄膜的厚度的测量系统。白光干涉图样通过数学函数的计算得出薄膜厚度。对于单层膜来说，如果已知薄膜介质的n 和k 值就可以计算出它的物理厚度。 计算反射率) /4cos(21)/4cos(2r 2222λπλπnd ra a r nd r a R ++++=由于薄膜在吸收很小的区域，