用單色儀測定介質(zhì)的吸收曲線

1、系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：用單色儀測定介質(zhì)的吸收曲線實驗?zāi)康牧私鈫紊珒x的構(gòu)造原理并掌握其使用；加深對介質(zhì)光譜特性的了解，掌握測量介質(zhì)的吸收曲線或透射曲線的原理和方法；初步了解光電池的工作原理及其應(yīng)用。1.2 實驗原理設(shè)有一束波長為、入射光強(qiáng)為 I0 的單色平行光垂射到一塊厚度為 d 的介質(zhì)平板上。如圖所示。如果從界面 1 射回的反射光的光強(qiáng)為 IR，從界面 1 向介質(zhì)內(nèi)透射的光的光強(qiáng)為 I1，入射到界面 2 的光的光強(qiáng)為 I2，從界面 2 出射的透射光的光強(qiáng)為 IT，則定義介質(zhì)板的光譜外透射率 T質(zhì)的光譜透射率 Ti 分別為 ITT(

2、1)iIIT0 I2T(2)iI1這里的 IR，I1，I2 和IT 都是光在界面 1 和 2 上及介質(zhì)中多次反射和透射的總效果。光譜透射率 Ti 與波長的關(guān)系曲線稱為透射曲線。在介質(zhì)Ti 與介質(zhì)厚度 d 有如下關(guān)系：（如果無散射），光譜透射率 e dT(3)i式中，稱為介質(zhì)的線性吸收系數(shù)（吸收系數(shù)）。吸收系數(shù)不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與入射光的波長有關(guān)。吸收系數(shù)與波長的關(guān)系曲線叫吸收曲線。設(shè)光在單一界面上的反射率為R，則透射光的光強(qiáng)為：IT IT 1 IT 2 IT 3 IT 4 . I0 1 R e I 1 R2 d20 I0 1 R2R2 e3 dR4 e5d. I0 1 R e(1 R e R

3、 e)2 d2 2 d4 4 dI 1 R 2 e d0(4)1 R2 e2d式中，IT1 ,IT2,分別表示光從界面 2 第一次透射，第二次透射1 / 9的光的強(qiáng)度。So：dI0 IRI1 I221系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：1 R2 edIT T (5)1 R2 e2dI0通常，介質(zhì)的光譜透射率Ti 和吸收系數(shù)是通過測量同一材料（同）加工而成的、表面性質(zhì)相同（R 同）但厚度不同的兩塊試樣的光譜外透射率后計算得出的。設(shè)兩塊試樣的厚度分別為d1和d 2，(d1d 2 )，光譜外透射率分別為T1和T2。由（5）式e d 2 (1 R 2

4、e2 d1 )e d1 (1 R 2e 2 d2 )T 2 T1R, 都很小，故近似為：T2 =e (d 2 d1 )(6)T1 ln T1 ln T2(7)d2 d1比較（6）式和（3）式可知 T21T(8)iT本實驗中采用光電池和為電流放大器測量光強(qiáng)。計算公式： n2T(9)in1 ln n1 ln n2(10)d 2 d1式中，n1 和 n2 分別表示試樣厚度為 d1 和 d2 時為電流放大器數(shù)字表的值。1.3 實驗裝置簡介2 / 9系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：，單色儀為 WDM1 型光柵單色儀。它的光學(xué)系統(tǒng)由三部分組成：入射狹縫

5、 S1 和準(zhǔn)直球面反射鏡M1入射準(zhǔn)直系統(tǒng)，以產(chǎn)生平行光束；反射光柵 G（1200 條/mm）為色散元件，以產(chǎn)生各種波長的單色光；聚焦球面反射鏡M2、平面反射鏡M3 及出射狹縫S2柵分出的單色光會聚在出射狹縫S2 上。出射聚光系統(tǒng)，將光實驗任務(wù)及注意事項單色儀的調(diào)節(jié)和波長示值的校準(zhǔn)利用 燈作光源校準(zhǔn)單色儀波長示值校準(zhǔn)時，將單色儀的波長讀數(shù)裝置轉(zhuǎn)到示值在 577.0nm579.1nm 之間的某一位置。將 燈放在入射狹縫前，狹縫 S1、S2 的寬度暫時調(diào)至約 2mm。用眼睛迎著出射光方向觀察 S2 上 的黃色譜線（577.0nm 和 579.1nm），用顯微鏡對準(zhǔn)出射狹縫，入射狹縫使兩條譜線分開且直

6、至譜線達(dá)到最細(xì)。出射狹縫，同時微動手輪，使其中一條譜線始終在出射狹縫中間，使狹縫與譜線同寬，讀出此時單色儀的示值。轉(zhuǎn)動手輪 K 讀下一條譜線，側(cè)完 燈譜線，檢查測量值與標(biāo)準(zhǔn)值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即儀器的系統(tǒng)誤差，要求此項偏差小于 0.2nm調(diào)節(jié)狹縫寬度將單色儀的波長股輪轉(zhuǎn)到示值在 577.0nm579.1nm 之間的某一位置。將出射縫 S2 的寬度暫時調(diào)至約 2mm。用眼睛迎著出射光方向觀察 S2 上 的兩條黃譜線（577.0nm 和 579.1nm），用顯微鏡對準(zhǔn)出射狹縫。調(diào)節(jié)入射狹縫 S1 的寬度，直到兩條黃譜線的像剛好被分開為止，此時入

7、射狹縫寬度約 0.8nm。再調(diào)節(jié)出射狹縫S2 的寬度，同時微調(diào)手輪 K，使出縫寬度與譜線寬度相同，此時出縫與入縫同寬，約 0.8mm，顯微鏡的讀數(shù)每大格 0.5mm。溴鎢燈光路調(diào)節(jié)3 / 9系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：如圖為單色儀聚光鏡系統(tǒng)光路圖，將光源聚焦成像在狹縫前。聚光燈的通光孔徑 d=30mm，焦距f=60mm，單色儀球面鏡的光闌寬度 D=50mm。成像規(guī)律遵守照明，兩個相似三角形應(yīng)有關(guān)系d/D=a/b。公式。為使球面鏡的孔徑 D 充分球面狹縫聚光鏡光源xab=300mm1.4.2 測量釹玻璃在 610.0nm508.0nm 范

8、圍內(nèi)的吸收曲線用溴鎢燈作光源并進(jìn)行共軸調(diào)節(jié)，使外光路光軸與單色儀光軸重合，避免光線寫入射造成光能損失。手輪K 調(diào)到 610.0nm，用眼睛直接通過出縫S2 觀察透鏡像，在計算出的位置左右移動透鏡，使透鏡像位于狹縫中間，鎖定透鏡。左右移動溴鎢燈使透鏡像全部變亮。放上樣品架 B，記準(zhǔn)無樣品及薄、厚樣品處于狹縫中間時的位置。裝上探測器，打開微電流放大器，微動溴鎢燈，使微電流放大器顯示值最大。調(diào)節(jié)燈絲電流，使微電流放大器顯示值在 170.0190.0 之間。數(shù)據(jù)測量：選定一片厚的釹玻璃片。然后定性觀察釹玻璃對不同波長的吸收情況，確定吸收峰的大致波長范圍。然后進(jìn)行正式測量。每隔 1nm 測一次，在吸收峰

9、附近測量點應(yīng)更密一些。測量范圍 610.0nm508.0nm選擇另一薄的釹玻璃片，在與厚玻璃片波長相對應(yīng)的位置進(jìn)玻璃的的吸收系數(shù)曲線。實驗時應(yīng)注意：量。根據(jù)兩組數(shù)據(jù)，求出釹當(dāng)波長讀數(shù)裝置出現(xiàn) 99999 時應(yīng)停止轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪，否則會損壞儀器。兩狹縫S1 和S2 的寬度最大不得超過 3mm，也不得完全閉合，否則會損壞狹縫機(jī)構(gòu)。穩(wěn)流電流一般 I=2.0A,經(jīng)老師批準(zhǔn)，可以調(diào)至 2.5A 以上。1.5 實驗預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)計算由成像關(guān)系，有x 1 a 14 / 9 f1系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：aD計算得 180m 90m數(shù)據(jù)整理單色儀的調(diào)節(jié)和波長

10、示值的校準(zhǔn)故儀器系統(tǒng)偏差為0.2 nm。2測量釹玻璃在 610.0nm508.0nm 范圍內(nèi)的吸收曲線* 為波長，n1 為示值=160.00.8 mm 玻璃板光強(qiáng)，n2 為 3.8 mm 玻璃板光強(qiáng)。無玻璃時微電流放大器S1 讀數(shù)為 0.86mm，S2 讀數(shù)為 0.90mm；通電電流I=2.53A5 / 9n1n23n1n23508.051.150.60.0098329210.00327764560.08990.3-0. 0145-0.00483509.051.749.90.0354367790.01181226561.089.690.6-0.0111-0.0037510.052.349.30

11、.059072290.019690763562.090.290.8-0.00663-0.00221511.052.8490.0746908930.024896964563.090.890.800512.053.148.60.0885533970.029517799564.090.990.70.0022030.000734513.053.848.90.0954960710.031832024565.091.1900.0121480.004049514.054.349.30.0966001460.032200049566.091.288.10.0345820.011527515.055.250.3

12、0.0929578760.030985959567.090.884.20.0754640.025155標(biāo)準(zhǔn)值435.8nm546.1nm577.0nm579.1nm測量值435.6nm545.9nm576.8nm578.95nm435.6nm545.9nm576.8nm579.0nm平均值435.6nm545.9nm576.8nm578.975nm系別：同組工業(yè)工程系 班號： 工 52：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：6 / 9516.05651.30.0876609390.029220313568.089.6770.151550.050517517.056.952.90.07289

13、20020.024297334569.086.466.60.2602830.086761518.057.653.80.0682491010.0227497570.081.653.40.4240190.14134519.058.754.80.0687495330.022916511571.076.940.50.6412040.213735520.059.355.60.0644261050.021475368572.073.934.30.7675670.255856521.059.955.70.0726963580.024232119573.07433.60.7895390.26318522.06

14、0.2550.0903391670.030113056574.075.635.50.7559240.251975523.060.4540.1120050580.037335019575.07737.80.7114960.237165524.060.652.90.1358915540.045297185576.078.639.60.6855430.228514525.060.952.30.1522368040.050745601577.080.1410.6697040.223235526.061.352.40.1568732520.052291084578.081.643.80.6221950.

15、207398527.061.952.40.1666135880.055537863579.083.947.20.5752320.191744528.062.452.30.1765689040.058856301580.085.3500.5341510.17805529.062.951.90.1922273740.064075791581.085.549.30.5505920.183531530.063.452.40.190557270.06351909582.083.744.40.6340.211333531.064.153.30.1845080330.061502678583.080.938

16、.40.7451560.248385532.06554.10.1835530840.061184361584.077.533.10.8507450.283582533.065.955.10.1789887250.059662908585.076.230.30.9222140.307405534.066.8570.1586518130.052883938586.076.830.60.9202050.306735535.068.359.80.1329041060.044301369587.07933.40.8608920.286964536.069.5630.0981920260.03273067

17、5588.082.337.90.775420.258473537.070.665.90.0688917030.022963901589.085.5430.6873160.229105538.071.368.50.0400625820.013354194590.087.946.90.6281820.209394539.072.970.40.0348953760.011631792591.089.549.30.5963150.198772540.073.972.20.0232727820.007757594592.090.951.20.574020.19134541.074.6740.008075

18、4140.002691805593.092.654.60.5282550.176085542.075.875.60.0026420090.00088067594.094.959.30.4702140.156738543.076.676.9-0.0039088-0.00130293595.097.465.40.3983040.132768544.077.178.2-0.01416637-0.00472212596.0100.672.20.3317120.110571545.078.379.2-0.0114287-0.00380957597.0103.178.60.2713280.09044354

19、6.07980.4-0.01756632-0.00585544598.0104.983.10.2329630.077654547.079.981.2-0.01613939-0.0053798599.0106.586.90.2033870.067796548.080.882.3-0.01839414-0.00613138600.0108.190.60.1766030.058868549.081.283-0.02192536-0.00730845601.0109.694.20.1514170.050472系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：用Ori

20、gin畫出曲線如下：0.350.300.250.200.150.100.050.00-0.05500520540560X Axis Title580600620吸收曲線 圖用Origin 分峰，結(jié)果如下圖：7 / 9Y Axis Title550.08283.9-0.02290637-0.00763546602.0110.998.20.1216230.040541551.082.984.5-0.01911647-0.00637216603.0112.2101.30.1021970.034066552.083.685.2-0.01895791-0.0063193604.0113.3104.20.

21、0837270.027909553.084.386-0.01996543-0.00665514605.0114.2106.40.0707460.023582554.08586.7-0.01980263-0.00660088606.0115108.10.0618750.020625555.085.687.2-0.01851905-0.00617302607.0115.9109.30.0586310.019544556.086.388-0.01950722-0.00650241608.0116.61100.0582690.019423557.086.888.8-0.02278003-0.00759

22、334609.0117.1110.90.0543990.018133558.087.689.2-0.01810004-0.00603335610.0118.3112.10.0538320.017944559.088.389.9-0.01795783-0.00598594系別：同組工業(yè)工程系 班號： 工 52：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：0 .3 5D ata : S he e t 1 _ EM: L o re n tzE q u a tio n : y = y 0 + (2 * A /P I )*(w / (4 * (x-xc ) 2 + w 2 ) W e igh t in g

23、 :0 .3 0yN o w e ig h tin g0 .2 5C h i 2 /D o F= 0 .0 0 0 77R 2= 0 .9 1 4 1 2y 0 x c 1w 1A 1x c 2w 2A 20 00 .2 05 86 . 3 17 3 71 3 . 6 1 25 16 .1 2 2 815 73 . 4 63 75 .5 6 5 151 .9 3 6 41 0 . 3 51 7 3 1 . 0 92 5 7 0 . 4 13 9 7 0 . 2 48 7 1 0 . 8 72 6 2 0 . 2 79 4 30 .1 50 .1 00 .0 50 .0 0- 0 .0 55 0

24、 05 2 05 4 05 6 0X A x is T itle5 8 06 0 06 2 00 . 3 50 . 3 00 . 2 50 . 2 00 . 1 50 . 1 00 . 0 550 . 0 05 5 1- 0 . 0 55 0 05 2 05 4 05 6 0X A x i s T i t l e5 8 06 0 06 2 0用Origin 揀峰后 如上圖，四個峰值 如下：8 / 9Y Axis TitleY Axis Title峰波長 nm半寬度 nm系別： 工業(yè)工程系 班號： 工 52：同組：實驗日期： 2007-3-26 教師評定：思考題為什么要進(jìn)行光源系統(tǒng)與單色儀光學(xué)系統(tǒng)共軸的調(diào)節(jié)？答：共軸調(diào)節(jié)使外光路光軸與單色儀光軸重合，避免了光線斜入射造成光能損失，