单色仪的定标与滤光片光谱透射率的测定.doc

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1、单色仪的定标与滤光片光谱透射率的测定【实验目的】1．了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法；2．以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标；3．掌握用单色仪测定滤光片光谱透射率的方法。【实验仪器】反射式棱镜单色仪，汞灯，硅光电池，灵敏电流计，低倍显微镜，滤光片，会聚透镜，毛玻璃【实验原理】单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，把复色光分解成它的单色组成。根据采用色散元件的不同，可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类，其应用的光谱区很广，从紫外、可见、近红外一直到远红外。对不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜或光栅。若采用石英棱

2、镜作为色散棱镜，主要应用于紫外光谱区，并用光电倍增管作为探测器；棱镜材料用NaCl、LiF或KBr等，则可用于广阔的红外光谱区，用真空热电偶等作为光探测器。本实验为玻璃棱镜单色仪，仅适用于可见光区，用人眼或光电池作为光探测器。图1所示为反射式棱镜单色仪的结构示意图，其外壳是圆形的，下方有驱动棱镜台转动的丝杆和读数鼓轮，外侧装有缝宽可调的入射狭缝S1和出射狭缝S2。其光学系统由下列三部分组成：1． 入射准直系统由入射狭缝S1和凹面镜M1组成，因S1固定在M1的焦面上，它使S1发出的入射光束经M1后成为平行光束。2． 瓦兹渥斯（Wadswor

3、th）色散系统由玻璃棱镜P和平面镜M联合组成一整体，安装在同图1一转台上，可以绕通过O点垂直于图面的轴线（棱镜顶角的等分面和底面的交线）转动，该系统的特点是平行光束通过后，以最小偏向角出射的单色光仍平行于原入射光。即该系统为恒偏向色散装置。3． 出射聚光系统由凹面镜M2和出射缝S2组成，它将色散后沿不同方向传播的单色光经M2反射后，会聚在M2的焦面，即出射缝S2的平面上，因S2缝宽较小，从S2输出的是波段很窄的光，通常称为单色光。随着棱镜台绕O轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也跟着改变，当最小偏向角由小变大时，从S2输出的单色光的

4、波长将依此由长变短。单色仪能输出不同波长的单色光，是依赖于棱镜台的转动而实现，棱镜台的位置是由鼓轮刻度标志的，而鼓轮刻度的每一数值都和一定波长的单色光输出相对应。因此，必须制作单色仪的鼓轮读数和对应光波波长的关系曲线——定标曲线（又称色散曲线），一旦鼓轮读数确定，便可从定标曲线上查知输出单色光的中心波长。练习一单色仪的定标单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。单色仪的定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。为了获得较多的点，必须有一组光源。

5、通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400nm—760nm）进行定标。在可见光波段，汞灯主要谱线的相对强度和波长如图2及表1所示。表1汞灯主要谱线波长表颜色波长／nm强度紫色*404.66*407.78410.81433.92434.75*435.84强中弱弱中强蓝绿色*491.60*496.03*496.03强中中绿色535.41536.51*546.07567.59弱弱强弱黄色*576.96*579.07585.92589.02强强弱弱橙色*607.26*

6、612.33弱弱红色*623.44中深红色*671.62*690.72708.19中中弱图2【实验内容】1．观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。2．在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统（S1和M1）的光轴上。使入射狭缝减小到50，再在光源与入射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相对口径（1：7）匹配。这样，可获得最大亮度的出射谱线，同时又减少了仪器内部的杂散光。调节聚光透镜的位置，用

7、一块毛玻璃置于出射狭缝处，使毛玻璃上呈现的谱线最明亮。3．将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝S2进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小，保证汞灯的两条黄色的亮谱线分开，出射狭缝可适当大些。根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。并选表1中打“*”者为定标谱线。4．使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到各谱线中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓轮读数（L）与其所对应的波长（）。为了避免回程差，应采用从紫光到红光（或相反）的过

8、程，重复测量几次，取其平均值。5．以光谱线波长（）为横坐标，鼓轮读数（L）为纵坐标画曲线，即能得到单色仪的定标曲线。练习二用单色仪测定滤光片的光谱透射率当波长为、光强为的单色光束垂直入射于透明