光栅光谱仪实验.ppt

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1、近代物理实验光栅光谱仪实验提要实验背景实验目的实验仪器实验原理思考问题注意事项实验背景1.光谱：按一定次序排列的彩色光带。2.光谱分类：（1）按照波长划分:γ射线(0.04nm以下),X射线(0.04～5nm),光学光谱(5nm～600μm),微波波谱(1mm～1m)。通常所说的光谱仅指光学光谱。（2）按其外形划分：连续光谱、带光谱和线光谱。（3）按照电磁辐射的本质划分：分子光谱、原子光谱、X射线能谱和γ射线能谱。3.光谱的特点及成因：发定义：由发光体直接产生的光谱射产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光光形成的谱连续光谱｛光谱的形式：连续分布，

2、一切波长的光都有光产生条件：稀薄气体发光形成的光谱线状光谱谱｛光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱吸收光产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散谱形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。光谱仪：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和分析中最常用的仪器，实验目的1.了解光栅光谱

3、仪的工作原理2.掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术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实验原理1.光栅光谱仪结构示意图由入射狭缝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。光栅方程d(sinsin)m(

4、1.1)其中：为入射角，为衍射角，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：dm(1.2)ddcos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

5、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（如图所示）2dcossinm其中：为光栅的旋转角度，为入射角和衍射角之和的一半，对给定的单色仪来说，为一常数。实验装置WDS系列多功能光栅光谱仪结构框图如图所示有三个部分：1光学系统2电子系统3软件系统光学系统光谱仪光学系统采用C-T型，如图所示：M1准光镜、M2物镜、M3转镜、G平面衍射光栅、S1入射狭缝、通过旋转M3选择出射狭缝S2或S3从而选择接收器件类型，出射狭缝为S2则为光电倍增

6、管或硫化铅、钽酸锂、TGS等接收器件；出射狭缝为S3则为CCD接收器件。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反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M2成像在S2上，或经物镜M2和M3平面镜成像在S3上。光源系统为仪器提供工作光源，可选氘灯、钨灯、钠灯、汞灯等各种光源。2电子系统电子系统由电源系统、接收系统、信号放大系统、A/D转换系统和光源系统等部分组成。电源系统为仪器提供所需的工作电压；接受系统将光信号转换成电信号；信号放大

7、器系统包括前置放大器和放大器两个部分；A/D转换系统将模拟信号转换成数字信号，以便计算机进行处理。3软件系统软件系统主要功能有：仪器系统复位、光谱扫描、各种动作控制、测量参数设置、光谱采集、光谱数据文件管理、光谱数据的计算等。WDS系列多功能光栅光谱仪的控制操作由计算机操作和手工操作来完成。单色仪的入射狭缝宽度、出射狭缝宽度和负高压（光电倍增管接收系统）不受计算机控制用手工设置以外，其它的各项参数设置和测量均由计算机来完成。WDS系列多功能光栅光谱仪器系统操作软件根据型号不同和接收仪器不的同配有PMT操作系统和CCD操作系统。每一系统均可采用快捷键和下拉

8、菜单来进行仪器操作。软