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字以内） 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），波长范围

（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 波长范围内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 波长范围内扫描数据，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范围内所有波长的光谱，主要分布在400~700nm波长范围内，这与平时使用的白炽灯能够发射可见光波长范围内的光这一事实吻合。

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

1.平面反射式闪耀光栅能够使闪耀方向落在我们所需要的光谱级里，从而既增加了有用的光强，又减少了有害的杂光；

光栅方程：d（sinθ+sin i）= kλ

2.光谱仪能够将复色光分解为光谱线并进行测量。而对光谱仪获得的光谱进行分析能够研究物质的一系列特性，现在光谱仪在很多领域都有广泛的使用。

七、原始数据

（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）

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

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

WGD8组合式多功能光栅光谱仪

WGD8/8A 组合式多功能光栅光谱仪 https://www.wendangku.net/doc/3010688538.html,/Products.htm 【产品介绍】 组合式多功能光栅光谱仪系列 组合式多功能光栅光谱仪系列是专为院校，科研院设计的。产品设计新颖，性能优越，尤其是采用了积木组合式结构，方便了各种数学实验和检测，该产品已被推荐为大转院校物理实验室首选仪器。产品以崭新的面貌、完善的功能为广大用户提供了先进的测试手段。 用途 ■吸收光谱测量：可对被测物质（气体、液体、固体）进行吸收光谱分析 ■发射光谱测量：测量发射光源特性 ■荧光光谱测量 ■其它：利用氢光谱测量德伯常量，接收元件灵敏特性的测量、色度测量 仪器简介 WGD-8型/8A型多功能光栅光谱仪可用于各大学及研究部门，作为物理实验教学及光谱分析之用。仪器有两路出射狭缝分别用光电倍增管与CCD接收，WGD-8A型光谱仪是专门为大学的氢氘实验、钠光谱实验设计的仪器，选用优质光电倍增管、光栅、狭缝。确保分辨率达到0.06nm WGD-8型 波长范围光电倍增管接收 200-800nm CCD接收300-900nm 焦距500mm 狭缝宽度0-2mm连续可调 示值精度 0.01mm 相对孔径 D/F=1/7 波长精度 ±0.4nm 波长重复性 0.2nm 分辨率优于0.1nm 杂散光≤10-3 外形尺寸 560＊380＊230mm 重量30kg WGD-8A型 波长范围光电倍增管接收 200-660nm CCD接收 320-900nm 焦距 500mm 狭缝宽度0-2mm连续可调 示值精度0.01mm 相对孔径D/F=1/7 波长精度±0.4nm

波长重复性0.2nm 分辨率优于0.06nm 杂散光≤10-3 外形尺寸560＊380＊230mm 重量 30kg 【产品特点】 ■更换不同的光栅、光谱区间可以从0.2-15μ，并有较高的分辨功利。 ■积木组合式、着重提高学生的动手能力 ■光电接收器件：分别采用光电倍增管、热释电探测器及CCD，便于教师做相关的教学及试验研究。 ■采用CCD接收的WGD-6型光学多道分析器，其测量速度快，可实时测量光谱随时间的变化、 三维坐标显示。 ■单光子计算器与WGD-3型单色仪组合，可做弱信号测量 ■WGD-8A型具有极高分辨率，可做氢氘及钠光谱实验

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

WGD-8_8A型_组合式多功能光栅光谱仪_说明书

WGD-8_8A型_组合式多功能光栅光谱仪_说明书一(规格与主要技术指标 500mm 焦距 8A200-660 nm 8200-800 nm 波长区间型:型: D/F1/7 相对孔径, 8A2400l/mm =250nm 81200l/mm =250nm 光栅型:λ型:λ闪闪200660nm 200800nm 波长范围,波长范围, ,3 10 杂散光? 8A0.06nm 80.1nm 分辨率型:优于型:优于 8A 8 光电倍增管接收型:型: 200660nm 200-800 nm 波长范围, 0.2nm 0.4nm 波长精度???? 0.1nm 0.2nm 波长重复性???CCD() 电荷耦合器件 2048 接收单元 8A300660nm 8300-900 nm 光谱响应区间型:,型: 88 积分时间档 25kg 重量

S1 M2 M1 G M3 S2 S3 图2-1 光学原理图

M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收 二(基本原理 WGD8A,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A/D大器～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。 C-T2-1 光学系统采用型～如图 02mm入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝～宽度范围,连续可调～光源发出的光束进入入 S1S1M2S1M2射狭缝～位于反射式准光镜的焦面上～通过射入的光束经反射成平行光束 1 G M3S2S3 投向平面光栅上～衍射后的平行光束经物镜成象在上或上。 M2M3 500mm 、焦距 G 8A2400l/mm =250nm 81200l/mm =250nm 光栅型:λ型:λ闪闪 200660nm 200800nm 波长范围,波长范围, 8A 320500nm 8 320500nm 滤光片工作区间型:白片,型:白片, 500660nm 500800nm 黄片,黄片,注:8型和8A型的使用操作方法一致,使用同一软件进入程序后～只要选择相对应光栅数即可, 三(安装 3.1 开箱 打开仪器的包装后～请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收～如发现与装箱单 不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。 仪器的齐套性请参阅仪器的装箱单。

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

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 基本原理 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1 图1 光学原理图 M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 观察口 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 仪器使用： 1. 使用场地 该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选择仪器安装场地时应注意以下几点： a 环境温度20±5℃ b 净化湿度 <65% c 无强振动源、无强电磁场干扰。 d 室内保持清洁、无腐蚀性气体。 e 仪器应放置在坚固的平台上。

f 仪器放置处不可长时间受阳光照射。 g 室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。 2. 使用方法 WGD－3型组合式多功能光栅光谱仪系统，系精密仪器。因此仪器安装的场合应满足安装环境的要求。工作台必须平稳。系统联线示意图如图2: 图2 连线示意图 （1）接通电源前，认真检查接线是否正确。 （2）狭缝的调正。 狭缝为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2.5mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。 （3）滤光片 为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。滤光片共二片，工作区间： 白色滤光片 320－500nm 黄色滤光片 500－800nm （4）转换开关 检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，若光电倍增管接收，请将扳手放在“光电倍增管”档；若观察谱线，可将旋钮指示停在“观察”档。 3. 软件使用 软件使用具体参见软件使用说明书和软件帮助文件。

用多功能光栅光谱仪进行钠光谱测量实验

用多功能光栅光谱仪进行钠光谱测量实验 碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。 【实验目的】 1、加强学生对光栅光谱仪的原理和基本组件的了解。 2、对钠原子光谱的进行测量和分析，加深对相关理论的理解与掌握。 3、由钠原子光谱确定各光谱项值及能级值, 量子缺Δ。 【实验器材】 本实验用到的仪器主要有：WGD-8A 多功能光栅光谱仪，钠光灯，计算机。 光谱仪是能将入射光按不同波长分成单色光谱的光学仪器，它由准直系统、色散系统和聚焦成像系统组成。准直系统通常由入射狭缝和准直物镜组成。入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。对于光谱仪来说，入射狭缝实际上是光谱仪的光源，待测信号光经照明系统照射入射狭缝，入射狭缝发出的光束经准直镜后成为平行光投射到色散系统。 色散元件通常为棱镜，光栅和法布里-珀罗干涉仪。色散元件为光栅的光谱仪称作光栅光谱仪。聚焦成像系统是利用成象物镜把经过色散系统后，在空间上色散开的各波长的光束会聚或成象在成象物镜的焦平面上。形成一系列的按波长排列的单色狭缝象，即通常所看到的光谱图。

图1-1 WGD-8/8A 型 多功能光栅光谱仪仪器外观 图1-2 电箱正视图 WGD －8A 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。光学系统采用的是切尔尼--特纳装置（C-T ）型，如图2-1所示。 1 2 3 1 光电倍增管接收器 2 CCD 接收系统 3 入射狭缝 1 2 3 4 5 6 10 9 8 7 1 负高压调节 2 负高压指示 3 USB 口电源指示 4 工作指示 5 通讯指示 6 电源开关 7 USB 讯号线 8 CCD 电缆线 9 单色仪电缆线 10 光电倍增管电缆线

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

WGD-8_8A型_组合式多功能光栅光谱仪_说明书资料

一．规格与主要技术指标 焦距 500mm 波长区间 8A 型：200-660 nm 8型：200-800 nm 相对孔径 D/F ＝1/7 光栅 8A 型：2400l /mm λ闪=250nm 8型：1200l /mm λ闪=250nm 波长范围 200－660nm 波长范围 200－800nm 杂散光 ≤10－3 分辨率 8A 型：优于0.06nm 8型：优于0.1nm 光电倍增管接收 8A 型： 8型： 波长范围 200－660nm 200-800 nm 波长精度 ≤±0.2nm ≤±0.4nm 波长重复性 ≤0.1nm ≤±0.2nm CCD(电荷耦合器件) 接收单元 2048 光谱响应区间 8A 型：300－660nm 8型：300-900 nm 积分时间 88档 重量 25kg 图2-1 光学原理图 M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G 平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD 接收 二．基本原理 WGD －8A 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 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm 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 S1 M2 M1 M3 S2 G S3

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500mm 光栅G 8A型：2400l/mm λ闪=250nm 8型：1200l/mm λ闪=250nm 波长范围200－660nm 波长范围200－800nm 滤光片工作区间8A型：白片320－500nm 8型：白片320－500nm 黄片500－660nm 黄片500－800nm 注：8型和8A型的使用操作方法一致（使用同一软件进入程序后，只要选择相对应光栅数即可）三．安装 3.1 开箱 打开仪器的包装后，请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收，如发现与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。 仪器的齐套性请参阅仪器的装箱单。 3.2 安装场地 该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选择仪器安装场地时应注意以下几点： 1.环境温度20±5℃ 2.净化湿度<65% 3.无强振动源、无强电磁场干扰。 4.室内保持清洁、无腐蚀性气体。 图3-2 联线示意图 5.仪器应放置在坚固的平台上。 6.仪器放置处不可长时间受阳光照射。 7.室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。 3.3 安装方法 WGD－8A型组合式多功能光栅光谱仪系统，系精密仪器。因此仪器安装的场合应满足安装环境的要求。工作台必须平稳。系统联线示意图如图3-2: 3.3.1 安装前的准备 1. 接通电源前，认真检查接线是否正确。 2. 狭缝的调正。 狭缝为直狭缝，宽度范围0－2mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2mm，平日不使

光栅光谱仪实验报告

光 栅 光 谱 仪 实 验 报 告 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。 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．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

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 22 学生姓名 所在系（院） 2017年3月14日 张家梁 专业名称 应用物理学（通信基础科学） 理学院

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， 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， 它由光阴极、电子光学输入系统、倍 （又 称“倍 阴极发射 光电子 3 比圈光谓何怙构）及电顼控 m ■■ b 咼J 卜 调

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。

光栅式光谱仪原理

一、平面衍射光栅的分光原理 （一）光栅方程式 反射式平面衍射光栅是在高精度平面上刻有一系列等宽而又等间隔的刻痕所形成的元件，一般的光栅在一毫米内刻有几十条至数千条的刻痕，刻划面积可达到600mm×400mm。 如图12-7所示，当一束平行的复合光入射到光栅上，光栅能将它按波长在空间分解为光谱，这是由于多缝衍射和干涉的结果。光栅产生的光谱，其谱线的位置是由多缝衍射图样中的主最大条件决定的。 如图12－7所示，相邻两刻线对应的光线和光线的光程差为： 见?物光? P196（5-71）式 从波动光学可知：多缝夫琅和费衍射的强度分布公式为： 相干光束干涉极大值的条件为：

由式（1）和（2）可得相邻两光线干涉极大值的条件——光栅方程式为： 式中i－－入射角 θ－－衍射角 d－－刻痕间距，通常称为光栅常数 m－－光谱级次，m＝ （3）式可改写成： （二）讨论 由（4）式看出，当栅距d和入射角i一定时， 1. 从级开始，不同波长的同一级主最大，按波长次序由短波向长波散开（图12-8）。2. m=0 时，零级光所有波长都混在一起，没有色散，称零级光谱。其位置对应于反射方 向，即在零级光两边，m>0 称正极光谱；m<0 称负级光谱。

（三）限制条件 最高光谱级次受条件 与光栅常数d成反比，在遵守（5）式条件下，d选小的可获得大的色散率。

实用中常用逆线色散率来表示，单位一般用nm/mm。 3.光栅的分辨率

（8）式就是光栅理论分辨率公式。可知：

图12－11中，入射狭缝S1和出射狭缝S2都位于色散系统的同一侧，都在M的焦面上。由入射狭缝S1发出的光束，经凹面反射镜M反射后成为平行光束，投射到光栅G上，经光色散后的光束重新投射到M上，经M聚焦由平面镜M1转折到S2狭缝射出。

光栅光谱仪实验讲义

光栅光谱仪实验讲义（313实验室） 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 WDS 系列多功能光栅光谱仪,计算机 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±= (1.1) 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= ， (1.2) 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= ， (1.3) 图1光栅光谱仪示意图

光栅光谱仪

近 代 物 理 实 验 报 告 实验：用光栅光谱仪测量物体的色度值

一、实验目的 1．了解并掌握测色原理； 2．了解1931 CIExy色度图的作用； 3．计算滤色镜的色度值。 二、实验仪器名称 光栅光谱仪，钠光灯，钨灯，发光二极管，滤色片。 三、实验原理和操作步骤 1.实验原理 研究光源或经光源照射后物体透、反射颜色的学科称为色度学。这是一门有着广泛应用的学科，目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量。无论是在纺织、印染、印刷、染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业，还是在计量、医学、电视、电影、照相、环境美化、交通讯号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域，都离不开对颜色的测量和研究。色度学本身涉及到物理、生理及心理等领域的知识，是一门交叉性很强的边缘学科。为了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量而能使用光学仪器对色光进行测量，以消除那些因人而异，含混不清的颜色表达方式，需要经过大量的科学实验，将感性认识上升到理性阶段，再去指导人们对颜色的正确测量。我们知道，对颜色的描写一般是使用色调、饱和度和明度这三个物理量。色调是颜色的主要标志量，是各颜色之间相互区别的重要参数。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及其它的一些混合色名均是因色调的不同而加以区分，饱和度是指颜色的纯洁程度。可见光谱中的单色光纯。如果单色光中混杂白光后，其纯度将会下降。明度

是指物体的透、反射程度．对光源来讲。即相当于它的亮度。实验表明，人眼对相同强度、不同波长的光照射引起的反应是不同的，这包括色调和明度光谱引起人眼球的色调感觉为白色，称为等能白。在可见光范围，太阳光的光谱近似等能光谱，我们可以把人眼看成是一个把光的客观物理量转变到生理和心理反应的转换器，从这个观点出发，就必须找出有普遍意义的转换规律。把两种颜色调整到视觉相同的过程称作颜色匹配，它是利用色光加色法来实现的。图1中左方是一块白屏，上方为红光R、绿光G、蓝光B 三原色光，下方为任意待配色光C，三原色光照射白屏的上半部，待配色光照射白屏幕的下半部，白屏上下用一黑屏隔开，白屏的反射光通过小孔射到观察者的眼中，观察者眼中看到的视场如图右下方所示，视场范围在2°左右，被分成两部分。图右上方还有一束光，照在小孔周围的白版上，使视场周围有一圈均匀色光做为背景。颜色匹配实验通过独立调节上方三原色光的强度混合完成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分视场合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。 图1颜色匹配实验