單色儀的定標與濾光片光譜透射率的測定

1、單色儀的定標與濾光片光譜透射率的測定【實驗目的】1了解棱鏡單色儀的構造、原理和使用方法；2 以汞燈的主要譜線為基準，對單色儀在可見光區(qū)進行定標;3 掌握用單色儀測定濾光片光譜透射率的方法?！緦嶒瀮x器】反射式棱鏡單色儀，汞燈，硅光電池，靈敏電流計，低倍顯微鏡，濾光片,會聚透鏡，毛玻璃【實驗原理】單色儀是一種分光儀器，它通過色散元件的分光 作用，把復色光分解成它的單色組成。根據(jù)采用色散 元件的不同，可分為棱鏡單色儀和光柵單色儀兩大類, 其應用的光譜區(qū)很廣，從紫外、可見、近紅外一直到 遠紅外。對不同的光譜區(qū)域，一般需換用不同的棱鏡 或光柵。若采用石英棱鏡作為色散棱鏡，主要應用于 紫外光譜區(qū)，并用光電

2、倍增管作為探測器；棱鏡材料用NaCI、LiF或KBr等，則可用于廣闊的紅外光譜區(qū)，用真空熱電偶等作 為光探測器。本實驗為玻璃棱鏡單色儀，僅適用于可見光 區(qū)，用人眼或光電池作為光探測器。圖 1 所示為反射式棱鏡單色儀的結構示意圖，其 外殼是圓形的，下方有驅動棱鏡臺轉動的絲桿和讀數(shù)鼓輪，外側裝有縫寬可調的入射狹縫 S和出射狹縫S2。其光學系統(tǒng)由下列三部分組成：1 入射準直系統(tǒng)由入射狹縫S和凹面鏡M組成，因S固定在M的焦面上，它使Si發(fā)出的入射光束經(jīng)M后成為平行光束。2. 瓦茲渥斯（Wadsworth）色散系統(tǒng)由玻璃棱鏡P和平面鏡M聯(lián)合組成一整體，安裝在同圖1一轉臺上，可以繞通過0點垂直于圖面的軸線

3、（棱鏡頂角的等分面和底面的交線） 轉動，該系統(tǒng)的特點是平行光束通過后， 以最小偏向角出射的單色光仍平行于原 入射光。即該系統(tǒng)為恒偏向色散裝置。3. 出射聚光系統(tǒng)由凹面鏡M和出射縫S2組成，它將色散后沿不同方向傳播的單色光經(jīng) M反 射后，會聚在M的焦面，即出射縫S2的平面上，因S2縫寬較小，從S2輸出的是 波段很窄的光，通常稱為單色光。隨著棱鏡臺繞 0軸轉動，以最小偏向角通過棱鏡的光束的波長也跟著改變， 當最小偏向角由小變大時，從 S輸出的單色光的波長將依此由長變短。單色儀 能輸出不同波長的單色光， 是依賴于棱鏡臺的轉動而實現(xiàn)， 棱鏡臺的位置是由鼓 輪刻度標志的，而鼓輪刻度的每一數(shù)值都和一定波長

4、的單色光輸出相對應。 因此， 必須制作單色儀的鼓輪讀數(shù)和對應光波波長的關系曲線定標曲線 （又稱色散 曲線），一旦鼓輪讀數(shù)確定，便可從定標曲線上查知輸出單色光的中心波長。練習一 單色儀的定標單色儀出廠時，一般都附有定標曲線的數(shù)據(jù)或圖表供查閱， 但經(jīng)過長期使用 或重新裝調后，數(shù)據(jù)會發(fā)生變化，需重新定標，以對原數(shù)據(jù)進行修正。單色儀的定標是借助于波長已知的線光譜以獲取對應的鼓輪讀數(shù)。為了獲得較多的點，必須有一組光源。通常采用汞燈、氫燈、鈉燈、氖燈以及用銅、鋅、 鐵做電極的弧光光源等。本實驗選用汞燈作為已知線光譜的光源，在可見光區(qū)域（400nn 760nm進 行定標。在可見光波段，汞燈主要譜線的相對強度

5、和波長如圖2及表1所示。表1汞燈主要譜線波長表色 顏度 強強中弱色 紫弱中強色 綠 藍強中中弱弱色 綠強弱強強色 黃弱弱色 橙弱弱色 紅中中色 紅 深中弱tt;:JG f)G ten tiTLES【實驗內谷】1 觀察入射狹縫和出射狹縫的結構，了解縫寬的調節(jié)、讀數(shù)以及狹縫使用 時的注意事項，選取適當?shù)目p寬以獲取足夠的強度及較好的單色性。2 在入射狹縫前放置汞燈，為了充分利用進入單色儀的光能，光源應放置 在入射準直系統(tǒng)（S和M）的光軸上。使入射狹縫減小到 5O-m，再在光源與入 射縫之間加入聚光透鏡，適當選擇透鏡的焦距和口徑，使其相對口徑與儀器的相 對口徑（1:7）匹配。這樣，可獲得最大亮度的出射

6、譜線，同時又減少了儀器內 部的雜散光。調節(jié)聚光透鏡的位置，用一塊毛玻璃置于出射狹縫處，使毛玻璃上呈現(xiàn)的譜線最明亮。mor3.將低倍顯微鏡置于出射狹縫處，對出射狹縫S進行調 焦，使顯微鏡視場中觀察到的 汞譜線最清晰。為使譜線盡量 細銳并有足夠的亮度，應使入射縫Si盡可能小，保證汞燈的 兩條黃色的亮譜線分開，出射狹縫可適當大些。根據(jù)可見光區(qū)汞燈主要譜線的波長、顏色、相對強度和譜線間 距辨認譜線。并選表1中打“ * ”者為定標譜線。4 使顯微鏡的十字叉絲對準出射狹縫的中心位置，緩慢地轉動鼓輪，直到各譜線中心依次對準顯微鏡的叉絲時，分別記下鼓輪讀數(shù)（L）與其所對應的波長）。為了避免回程差，應采用從紫光

7、到紅光（或相反）的過程，重復測量 幾次，取其平均值。5以光譜線波長（，）為橫坐標，鼓輪讀數(shù)（L）為縱坐標畫曲線，即能得 到單色儀的定標曲線。練習二用單色儀測定濾光片的光譜透射率當波長為，、光強為I0（ ）的單色光束垂直入射于透明物體上時，由于物體對不同波長的光的透射能力不同，透過物體后的光強"（）也不同。通常定義物體的光譜透射率TC）為T()It（）1。（）若以白熾燈為光源，出射的單色光由光電池接收，用靈敏電流計顯示其讀數(shù), 則出射的單色光所產(chǎn)生的光電流io（'）與入射光強"（J、單色儀的光譜透射率 TN'）和光電池的光譜靈敏度S（'）成正比，即io

8、( J=kIo()To()S() 式中k為比例系數(shù)。若將一光譜透射率為T（'）的透明物體（濾光片）插入被測 光路，則相應的光電流可表示為iT（）二 klT（）To（）S（） =kIo（）T（）To（）S（）由以上兩式可得T( )二It（）1。（）iT(') iTTj本實驗要求用單色儀測定濾光片的光譜透射率 T（），作出TC ）- 曲線，并寬度一一透射率 波長范圍。求出光譜透射率的半源用白熾燈，它的發(fā) 譜。選擇適當?shù)目p寬 S可適度改變）。排好實驗儀器，光射光譜是連續(xù)光（S應盡量的小，2 轉動鼓輪，使單色儀輸出中心波長為 690nm不加濾光片，記錄電流計 偏轉格數(shù)io（'）

9、（調節(jié)S使其盡量大），加上濾光片時偏轉為 bC）。求濾光片對 該波長的透射率T（'）。3 繼續(xù)轉動鼓輪，使輸出中心波長從 690nm向紫光區(qū)移動，每隔一定的波 長間隔（約20nm）測量一次，求出透射率T（'）并記錄波長'o4作T（'）-'曲線，求出光譜透射率的半寬度。也可選用汞燈作為光源，分別測出 435.84nm, 491.60nm（或496.03nm），546.07nm, 576.96nm（或579.07nm），623.44nm五條譜線濾光片的透射率，重復以 上過程。5 注意事項：（1）狹縫是單色儀的精密元件，使用時要特別小心。旋轉測微螺旋時，操 作要慢些，減小狹縫寬度時，切勿使狹縫的二刀口相碰，即不允許螺旋讀數(shù)小于 零。（2）入射縫Si的光經(jīng)棱鏡折射后，在出射狹縫S2平面上形成Si的象是彎曲 的，定標時顯微鏡的叉絲應對準彎曲譜線的中部。（3）因棱鏡色散不均勻和探測器光譜靈敏度的限制，測定透明介質的光譜透射率時，當測量從長波段向短波段改變時，應適當增加縫寬（可增加Si的縫寬，為什么？），使電流計有較大的偏轉。（4）應選取低內阻的靈敏電流計（為什么？）。注意防止強光照射光電池。（5）若選用汞燈作為光源，測量任一譜線的透過率時，應使S2的寬度較?。?.1mm，