单色仪(北京科技大学物理实验报告).doc

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1、北京科技大学实验报告单色仪实验目的：(1)了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。(2)测量平面光栅单色仪的分辨本领。(3)利用单色仪测量干涉滤光片的光谱透射率曲线。实验仪器：平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光灯、测试仪、光电倍增管、干涉滤光片等。实验原理：1.平面光栅单色仪的结构原理光学系统主要由以下三部分组成：（1）入射准直部分由入射狭缝S1和抛物凹面镜M1组成，用以产生适用于光栅衍射的平行光束。（2）色散系统平面光栅G构成色散系统，达到分光以后产生各种波长单色光的要求。（3）出射聚焦系统由抛物凹面反射镜M1、平面反射镜M2和狭缝S2

2、组成。由光栅色散系统产生的单色光经由M1和M2反射作用后会聚至出射狭缝S2，产生窄光束的单色光。2.单色仪主机电路仪器主机内主要是步进电动机信号发生器电路，用来控制步进电动机的转动。3.光电倍增管及测光仪广电倍增管是把微弱的输入光转换成电子，并使电子数获得倍增的电真空器件。当光信号强度发生变化时，阴极发射出的光电子数发生相应的变化，由于各倍增极因子基本保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化。4.滤光片滤光片对不同波长的投射能力不一样。当波长为λ，光强I0(λ)的单色光垂入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为IT(λ)，我们定义其光谱透射

3、率为T(λ)=IT(λ)I0(λ)若以白光为光源，出舍得单色光所产生的光电流i0λ与入射光光强I0(λ)、单色仪的光谱透射率T0(λ)和光电器件的光谱响应率S(λ)成正比，即：i0λ=KI0(λ)T0(λ)S(λ)现将光谱投射仪为T(λ)的滤光片插入光路，放置在入射狭缝之前，在光电流变为：iTλ=KI0(λ)T(λ)S(λ)所以：Tλ=iTλi0λ实验内容与测量：1．分辨能力的测量：分辨能力的测量只涉及汞灯的两条黄谱线，因此，应该从两谱线的外侧开始扫描，途径两谱线的峰值，终止与另一谱线的外侧外侧。2．测量滤光片的透射率：不加滤光片，开启扫描开

4、关，从280nm开始正向自动扫描，至660nm止，观察光强的最大值在哪一波长附近，大小如何。如果光强值不符合要求，扫描至光强最大值的附近，进行适当的调节，是的最大光强接近100。1.分辨能力的计算测量数据如下：光强随波长的变化关系表波长/nm光强波长/nm光强波长/nm光强576.4-15781579.6303576.5-1578.10579.7329576.6-1578.20579.8324576.7-1578.30579.9166576.8-1578.4058018576.90578.50580.125770578.60580.21577

5、.12578.70580.30577.25578.80580.40577.332578.90580.50577.42185791580.60577.5319579.12580.70577.6334579.23580.80577.7317579.36580.90577.8114579.4205810577.97579.5155581.10由上表所示的数据画成散点图如下所示：读图可知：a=579.72-577.60=2.12nmb=577.68-577.39=0.29nm由公式：△λ=baδλ式中，δλ=λ1-λ2取2.1nm。可得：△λ=0.2

6、92.12×2.1=0.287nm故该系统的分辨能力为：0.287nm1.计算滤光片的折射率。从测量中可以得出：分别在不放滤光片和放滤光片以后的测量数据如下所示：λ/nm未放滤光片I0(λ)/uA放了滤光片IT(λ)/uAT(λ)λ/nm未放滤光片I0λ/uA放了滤光片IT(λ)/uAT(λ)280600.000450131530.405300600.000455142500.352320700.000460155450.290340810.125470171270.1583501020.200480189110.0583601240.333

7、50022120.0093701770.41252023710.00439028170.60754024910.00440038240.63256025710.00441051320.62758025510.00442067410.61260024710.00443083480.57862023410.00443595510.53764020710.005440108540.50066017810.006445121550.455　　　　表中T(λ)的计算公式为：Tλ=IT(λ)I0(λ)在实际测量过程中，没有光照射时的光电流为-3uA，上表

8、中的数据时经过修正以后得到数据。可得到如下的透射率曲线：由图可知，中心波长:λ0≈407nm通带半宽度:∆λ≈460nm-360nm=100nm峰值透射率:T0=0