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实验报告
:
4+
学号:P
系别:0506
座号:13组—10号
实验题目:光栅单色仪的调整和使用
实验目的:了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法,通过测量钨灯、
钠灯和灯的光谱了解单色仪的特点。
实验原理:
一.光栅单色仪的结构和原理
如下图所示,光栅单色仪由三部分组成:1、光源和照明系统,
2、分光系统,3、接受系统。单色仪的光源有:火焰、电火花、激
光、高低压气体灯(钠灯、灯等)、星体、等。
如下图所视,当入射光与光栅面的法线N的方向的夹角为φ(见
图)时,光栅的闪耀角为θ。取一级衍射项时,对于入射角为φ,而衍
射角为θ时,光栅方程式为:d(sinφ+sinθ)=λ
因此当φ、θ一定时,波长λ与d成正比。几何光学的方向为闪耀
方向,则可以算出不同入射角时的闪耀波长,由于几何光学方向为
入射角等于反射角的方向,即,所以有,光
−=−−φ−θb(θ)θb=θ−2θbφ
(sinsin(+2d))−φ=θφλ
栅方程式改为:b
单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm
光栅的面积64×64mm2
光栅的刻划密度为1200线/mm
二、狭缝宽度
缝宽过大时实际分辨率下降,缝宽过小时出射狭缝上得到光强太
f
小。最佳狭缝宽度为:a=0.86λ。其中f为抛物镜的焦距,D是由光
nD
栅和抛物镜的口径限制的光束的直径,实验中f=500mm,D=64mm。
根据光学的理论知识可知,光栅的特性主要有:谱线的半角宽度、
角色散率和光谱分辨本领。根据光学的理论知识可以知道,光栅的特
性主要有:谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。理论上它们
分别为:
λdθmλ
θ
d==D==R=mN
Ndcosθλθdθdcosdλ
式中N为光栅的总线数,在本实验中N为64×1200=76800,m为
所用的光的衍射级次,本实验中m=1。实验中由于光学系统的象差和
调整误差,杂散光和噪声的影响,加上光源的谱线由于各种效应而发
生增宽,所以实际的谱线半角宽度远远大于理论值,因此光谱仪的实
际分辨本领远远小于76800。
理论值的计算:
2
焦距f=500mm.光栅的面积64×64mm光栅的宽度D=64mm,光栅的刻划
密度为1200线/mm
1、最佳狭缝宽度
由于灯是原子发光,所以它的光谱为间断的,理论可知它会出现两
个波峰风别为576.96nm和579.06nm所以可得它的最佳狭缝宽度为
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