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

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：

(1) 闪耀波长:闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm。

(2)光栅刻线:光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线

少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。

(3)光栅效率:光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效

率愈高，信号损失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，

还采用特殊镀膜，提高反射效率。

2.光栅方程

图1 反射式衍射光栅

反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，在大多数方向消失，只在一定的有限方向出现，这些方向确定了衍射级次。如图1所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为α，衍射角为β，衍射级次为m ，d 为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：

(sin sin )d m αβλ+= (1) 定义φ为入射光线与衍射光线夹角的一半，即φ=(α-β)/2；θ为相对于零级光谱位置的光栅角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光栅方程：

2cos sin d m ?θλ= (2) 从该光栅方程可看出：

（1）对一给定方向β，可以有几个波长与级次m 相对应λ满足光栅方程。比如

600nm 的一级辐射和300nm 的二级辐射、200nm 的三级辐射有相同的衍射

角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。衍射级次m可正可负。（2）对相同级次的多波长在不同的β分布开。

（3）含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则在α+β不变的方向得到不同的波长。

3.不同测试系统实验原理图

1.透射/反射光谱光度系统

2.荧光光谱系统

四、以溴钨灯为光源测试材料的反射、透射光谱实验步骤

1．溴钨灯光谱范围

（1）溴钨灯光谱响应范围：250~2500nm

（2）PMTH-S1-CR131 光电倍增管探测器响应波长范围：185～900nm

2. 通过光电倍增管探测器探测荧光谱线

（2）将数据采集器后板单色仪口（monochromator）用数据线与单色仪SBP500 连接，再将单色仪（SBP300与SBP300）的输出口与电脑主机的数据线口连接

（3）将HVC1005型高压稳压电源的输出电压口与光电倍增管的高压线口连接（4）将氙灯电源输出端（氙灯电源）与氙灯光源室连接

（5）开启溴钨灯电源，电源指示灯亮

（6）将电流调节旋纽顺时针调到最大,再按触发按纽,溴钨灯光源室灯变亮后松开触发按纽,然后调节电流旋纽到工作电流范围内(溴灯工作电流:7.5~9A)

（7）通过计算机控制SBP300单色仪，选择可见光范围内的一入射波长，打开样品室，调节载物台，使通过载物台上直角棱镜上的反射光能完全进入样品室的出射狭缝上，然后选择合适的材料的激发波长。

（8）打开HVC1005型高压稳压电源，调节连续电压旋钮，使输出电压合适（注意每次打开样品室时，一定要关掉HVC1005型高压稳压电源，否则光电倍增管容易烧坏）。

（9）将SBP500单色仪电源开关打开，将听到光栅转动的喀嚓声，待声音停止后再打开数据采集器的开关。

（10）打开SCS光谱仪控制系统，进入数据采集界面，在左上角选择参数设置，进入参数设置界面

（10）数据采集器有两个通道（A，B），观察探测器与哪个通道连接，然后在参数设置中选择相应的通道，由于我们用的是光电倍增管探测器探测信号，所以我们选择模式为电流输入，再选择合适的增益数。

（11）参数设置完之后按确定按纽，如果采集系统状态出现“连接成功”红色字样再进入数据采样界面，选择采样光栅数，对起始波长、终止波长以及扫描间隔设数，然后进行采样，在采样界面观察荧光发射谱线。

六、实验结果

光电倍增管的响应波长范围:185-900nm,型号:PMTH-SL-CR131

SBP300

电流(I):5.77A

电压(V):90V

起始波长：250nm

终止波长：900nm

溴钨灯电流:7.5~9A

激发波长:350nm

荧光谱线分析图如下：

相对强度波长（nm）

实验数据如下：

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

(整理)光栅光谱仪与光谱分析 讲稿

光栅光谱仪与光谱分析 一、 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。 二、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）可以复制出多块光栅。由于这些优点，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θ，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 (sin sin )d i m βλ±= （1） 时，光强度将出现极大。式中i 及β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，±3，…，为干涉级，λ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λ0而言，入射角与衍射角相等，i =β（图2），这种布置方式称为littrow 型，因此对中心波长λ0有 图1 光栅刻槽断面示意图

光栅光谱仪实验报告(终审稿)

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

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 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

光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 严祥安 一、典型应用系统介绍 1.发射光谱系统(光源特性测试) 2.光学元件的透射率光谱,反射率光谱系统(完成透射率/反射率的光谱测 试) 3.荧光光谱测试(应用荧光检测技术) 4.激光拉曼光谱系统 二、实验原理图 1.透射/反射光谱光度系统 2.荧光光谱系统

三、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. 6．SPB300 300mm光栅光谱仪(the focus is 300nm) 7．SPB500 500mm光栅光谱仪 8．SD 六挡滤光片轮the light filer for six steps 9．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 13．DSI300 硅光电探测器silicon photon detector

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，

光栅光谱仪试验讲义

光栅光谱仪实验 浙江大学光电信息工程实验中心 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：发光波长404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm ； 2、透镜及固定调节架2个：（焦距f=45mm ，口径38mm ；焦距f=190mm ，口径38mm ）； 3、狭缝及固定调节架1个：0~2mm ； 4、光栅及固定调节架1个：光栅自制； 5、USB 接口摄像头及固定调节架1个； 6、计算机及软件； 三 实验原理 衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，它的记录介质多采用光致抗蚀剂，一般用激光器作光源，可产生每毫米几千条对的空间频率的光栅，并且通过曝光和显影，直接得到浮雕型的正弦透射光栅。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。当平行光入射到一块平面衍射光栅时，让衍射光波经过一透镜，则在透镜焦平面上得到光栅的夫琅和弗衍射图象，见图一。如果光源是平行于光栅刻痕的狭缝光源发出的准单色光，则衍射花样是一些分立的亮线（亮条纹）。 图一 光栅衍射图 亮纹位置满足如下条件——光栅方程式 2,1,0,)sin (sin ±±==±m m i d m λθ (1) 式中，d 为光栅常数，d=a+b ， 在可见光范围内，d 一般在1/1000～1/500mm 之间。m θ为第m 级亮纹对应的衍射角，λ为入射光波长，i 为入射平行光对光栅面的入射角，m 为多缝干涉主极大级数。入射光处于光栅面法线同侧的亮条纹时上式中取正号；异侧时取负号。光栅上的每一条缝的单缝衍射在θ方向上

大学物理实验报告系列之衍射光栅.doc

大学物理实验报告 【实验名称】衍射光栅 【实验目的】 1．观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。 2．进一步熟悉分光计的调节和使用。 3．学会测定光栅的光栅常数、角色散率和汞原子光谱部分特征波长。 【实验仪器】 JJY1′型分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等 【实验原理】 1．衍射光栅、光栅常数 图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。 图40-1 图40-2 光栅衍射原理图图40-1中a为光栅刻痕(不透明)宽度，b为透明狭缝宽度。d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本参数之一。2．光栅方程、光栅光谱 由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为： ? ?sin sin ) (d b a= + = ? 式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数，若在光栅片上每厘米刻有n条刻 痕，则光栅常数 n b a 1 ) (= +cm。?为衍射角。 当衍射角?满足光栅方程： λ ?k d= sin( k =0，±1，±2…) （40-1） 时，光会加强。式中λ为单色光波长，k是明条纹级数。 如果光源中包含几种不同波长的复色光，除零级以外，同一级谱线将有不同的 衍射角?。因此，在透镜焦平面上将 出现按波长次序排列的谱线，称为 光栅光谱。相同k值谱线组成的光 谱为同一级光谱，于是就有一级光 谱、二级光谱……之分。图40-3为 低压汞灯的衍射光谱示意图，它每 一级光谱中有4条特征谱线：紫色 λ1= 435．8nm，绿色λ2=546．1nm， 黄色两条λ3= 577．0nm和λ4=579．1nm。 3．角色散率(简称色散率) 从光栅方程可知衍射角?是波长的函数，这就是光栅的角色散作用。衍射光栅的色散率定义为： λ ? ? ? = D 上式表示，光栅的色散率为同一级的两谱线的衍射角之差??与该两谱线波长差?λ的比值。通过对光栅方程的微分，D可表示成： 图40-3

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