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具有成像功能的多重体全息光栅光谱色散器件_曹良才

具有成像功能的多重体全息光栅光谱色散器件_曹良才
具有成像功能的多重体全息光栅光谱色散器件_曹良才

光栅光谱仪的使用(北科大实验报告)

光栅光谱仪的使用实验报告 学院高等工程 师学院 班级自E152学号41518170姓名郑子亮 一、实验目的与实验仪器 【实验目的】 1.了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性 2.了解光栅光谱仪的结构,学习使用光栅光谱仪 3.测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱 4.测定光栅光谱仪的色分辨能力 5.测定干涉滤光片的光谱透射率曲线 【实验仪器】 WDS-3平面光栅光谱仪(200~800nm)。汞灯,钨灯氘灯组件,干涉滤光片等。 二、实验原理 (要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式) (1)平面反射式光栅与光栅方程 规定衍射角Θ恒为正,i与Θ在光栅平面法线的同侧为正,异侧为负。K是光谱级 对于常用的平面光栅光谱仪,谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内,因此,衍射角Θ可当做入射角i,光谱方程为: (2)闪耀问题 闪耀波长: 2平面光栅光谱仪结构组成 (1)光学系统 (2)电子系统 (3)光栅光谱仪操作

3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度 4.滤光片光谱特性 光谱透射率为: 三、实验步骤 (要求与提示:限400字以内) 1.准备工作 开机前,需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮,设置参数 2.校准光谱仪的波长指示值 利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪,利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长,如果有偏差,用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量 (1)入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间,负压-300~-600之间 (2)移去钨灯&氘灯组件,将汞灯置于入射狭缝前,进行快速全谱扫描,根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数,使得记录的谱线高度适当,再进行一次慢速全谱扫描,保存实验数据。 4.滤色片光谱特性的测量 5.退出系统与关机 四、数据处理 (要求与提示:对于必要的数据处理过程要贴手算照片) 1. (1)汞灯光谱

自主光栅光谱仪实验

自组式光栅光谱仪 一、实验目的 1、了解光栅的分光原理及主要特性; 2、了解光栅光谱仪的工作原理; 3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法。 二、实验仪器 1低压汞灯及电源:2狭缝及固定调节架1个:0~2mm;3一维光栅及干板调节架1个;4、透镜及固定调节架3个(焦距f=60mm、焦距f=60mm、焦距f=200mm); 5、白板1个; 6、读数显微镜及固定调节架1个。 三、实验原理 本实验用的是透射光栅,是用光学玻璃片刻制而成的(如图5-11-1)。当光照射到光栅表面时,刻痕处不透光。只有在两刻痕之间的光滑部分,光才能通过,相当于一条狭缝,因此,光栅实际上是一密排、均匀而又平行的狭缝。设a为缝宽,b为刻痕宽度,d=a+b称为光栅常数。 由夫琅和费衍射理论,当波长为λ的平行光束垂直照射到光栅平面时,在每一狭缝处都产生衍射,但由于各缝发出的衍射波都是相干光,彼此又产生干涉。这样就会在光栅后面的屏上形成一系列被相当宽的暗区隔开的亮度大、宽度窄的明条纹,成为谱线(如图5-11-2)。 如图5-11-3所示,设S为位于透镜L1第一焦平面上的细长狭缝,G为光栅,光栅的常数为d,L1射出的平行光垂直地照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。由夫琅和费衍射理论知,相邻两缝对应点出射的光束之光程差为:? = (a + b)sinθ = d sinθ 当衍射角符合下列条件: d sinθ = kλ k = ±1, ± 2, ± 3, ..., ± n (5-11-1)

该衍射角方向的光将会得到加强,叫做主极大,形成明纹;其他方向的衍射光线或者完全抵消,或者强度很弱,几乎成暗背景。(5-11-1)式称为光栅方程,其中:λ为单色光波长,k称为光谱线的级数。在k=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线则对称地分布在零级谱线的两侧,如图5-11-2所示。 图5-11-3 平行光通过光栅 当k=0时,任何波长的光均满足(5-11-1)式,亦即在θ = 0 的方向上,各种波长的光谱线重叠在一起,形成明亮的零级光谱;对于k 的其它数值,不同波长的光谱线出现在不同的方向上(θ的值不同),从而在不同的位置上形成谱线,称为光栅谱线。而与k的正负两组相对应的两组光谱,则对称地分布在零的光谱两侧。 若光栅常数d 已知,在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ,则可由(5-11-1)式求出该谱线的波长λ;反之,如果波长λ是已知的,则可求出光栅常数d 。 四、实验内容 1、自组装置光栅光谱实验仪,实验装置图见图2所示。 光源发出的光经过60mm透镜会聚到狭缝上,光线经过狭缝(狭缝放置在200mm 透镜的前焦面上),从200mm透镜出来的光为平行光,再入射到光栅上。通过光栅衍射的光成像于60mm透镜的后焦平面上(实为无穷远处可调狭缝的像)。

W光栅光谱仪实验

光栅光谱仪实验 一 实验目的 1、了解光栅光谱仪的工作原理 2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 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 三 实验原理 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中最常用的仪器,基本结构如图1所示。它由入射狭缝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。入射光经光栅衍射后,相 邻刻线产生的光程差 (sin sin )s d αβ?=±,α为入射角, β为衍射角,则可导出光栅方程: (sin sin )d m αβλ±= (0.1) 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来,λ为入射光波长,m 为衍射级次,取0,1,2,±±等整数。式中的“±”号选取规则为:入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号,在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0α=,光栅方程变为sin d m βλ=。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 cos d m d d βλβ=, (0.2) 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2所示) 2cos sin d m λψη=, (0.3) 图1光栅光谱仪示意图

光栅光谱仪的应用 复旦介绍

光栅光谱仪的应用 摘要:本实验通过光栅光谱仪,测量并分析不同光源的发射光谱、溶液的吸收光谱、滤光片的透射光谱以及实验条件对光谱的影响。 关键词:光栅光谱仪、光电倍增管、发射光谱、吸收光谱、透射光谱 Abstract:In this experiment, the emission spectra of different light source, the absorption spectra of the solution, the transmission spectra of optical filters with several colours, and the effects caused by experimental conditions are measured and analyzed with the help of the grating spectrometer. Keywords: grating spectrometer, photomultiplier, emission spectrum, absorption spectrum, transmission spectrum.

一、引言 光栅光谱仪,是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。本实验利用定标后的光栅光谱仪,测量不同光源的发射光谱、物质吸收光谱以及透射光谱,并研究分析实验条件对光谱的影响,了解光谱特性。 二、实验原理 1.发射光谱: 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱1。处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射,将多余的能量发射出去形成的光谱。 由于产生的情况不同,发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。 稀薄气体发光是由不连续的亮线组成(实际由于光线通过时会产生吸收光谱,特定频率的光被吸收后形成暗线或暗带,剩下的就是光谱中的明线),这种发射光谱又叫做明线光谱,原子产生的明线光谱也叫做原子光谱。 固体或液体及高压气体的发射光谱,是由连续分布的波长的光组成的,这种光谱叫做连续光谱。 白炽灯与汞灯的发射光谱区别就在于,前者是连续光谱而后者是明线光谱。 2.吸收光谱: 物质吸收电磁辐射后,以吸收波长或波长的其他函数所描绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择吸收的结果,是对物质进行分光光度研究的主要依据2。 吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数(即lg(Iin/Iout))3。 吸光度与物质的浓度、温度、本身性质等有关。 在多组分体系中,如果各组分的吸光质点彼此不发生作用,那么吸光度便等于各组分吸光度之和,这一规律称吸光度的加和性。 [I0为入射光强,I为出射光强] (1) 吸光度公式:Aλ=log I0 I 对较稀溶液,有比尔—朗伯定律: A=αlc [α是吸收系数,l是光在样本中经过距离,c是浓度] (2) 3.光栅单色仪: 1引自《百度百科·发射光谱》; 2引自《百度百科·吸收光谱》; 3

初中物理光的色散实验

【目的和要求】 通过实验认识光的色散现象: 1.白光是复色光,通过棱镜后分解成各种色光: 2.把各种颜色的色光合在一起可以得到白光; 3.单色光不能再分解成其他的色光。 【仪器和器材】 三棱镜、白色光屏(可用白墙代替)、凸透镜、平面镜、狭缝、红色玻璃和蓝色玻璃,或“白光的色散与合成演示器”。 【实验方法】 1.用平面镜引入一束日光,通过狭缝照到三棱镜上,如图2.10-1所示。调整棱镜的方位,在白色光屏上可以看到白光通过棱镜折射后得到的彩色光带。把白纸放在棱镜前,让学生看到照到棱镜上的光是白光,由此得知白光通过棱镜 折射后分解成各种颜色的色光。 2.在棱镜和光屏中间放一个凸透镜,调整凸透镜的位置,使得由三棱镜射出的各种颜色的色光都会聚在光屏上,得到白色的亮条,表明各种颜色的色光合 在一起成为白光。 3.在狭缝前放置红色玻璃(或蓝色玻璃),用白纸显示出照在三棱镜上的光是红光(或蓝光),通过三棱镜后,光改变了传播方向,但不分解,仍然是红 光(或蓝光)。 【注意事项】

1.仪器要在课前组装调整好,下面的调整顺序可供参考。按图2.10-2所示大致先摆好平面镜、棱镜和光屏的位置。转动平面镜使一束日光照到棱镜上,再稍稍转动棱镜的方位,在光屏上就可以见到彩色的光带。最后再在棱镜前面放上狭缝,调整狭缝的宽度,使得光屏上的几种颜色分辨得更清楚。要注意,狭缝的宽度要适当,例如3~5毫米左右。缝越宽,屏上光带的亮度越强,但是不同色光的光带会重叠,几种颜色不容易完全辨清。 2.日光的强度高,平行度好,而且日光的色温较高,是理想的白光光源,实验容易做好,如果狭缝取宽一些,实验可在一般教室中进行。光源也可以用普通平行光源来代替,由于白炽灯的色温较低,光的颜色偏黄,同时,光的强度也 较弱,实验需在暗室中进行。 3.用凸透镜把各种颜色的色光合成为白光的实验原理,如图2.10-3所示。如果在棱镜的出射面上加一个光阑,从出射面的AB部分射出的光通过光阑后照到凸透镜上。调整凸透镜的位置,使AB成实像于光屏上,实像A′B′是白色的。棱镜的出射面AB上的每一点发出的光包含了从该点射出的各种色光,并且这些不同的色光出射角是不相同的。经过凸透镜的折射,会聚在光屏上相应的像点处,每个像点都是由各种色光会聚的,因此,像A′B′是白色的。 实验时,应选择通光口径φ和焦距f都大一些的凸透镜。三棱镜出射光的侧面与光屏的距离要略大于透镜4倍焦距。调整凸透镜的位置,使棱镜出射光的侧

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学) 所在系(院)理学院 2017 年 3 月 14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上,因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上,衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转,从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围,确保衍射光无级次重叠,可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种,经过光栅衍射后,到达出射狭缝的光强一般都比较弱,因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器,它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成,并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时,由于光电效应,阴极发射电子,把微弱的光输入转换成光电子;这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦,光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极,产生二次电子,由于二次发射系数大于1,电子数得到倍增。以后,电子再经倍增系统逐级倍增,阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号,在负载电阻上以电压信号的形式输出。

CCD 是电荷耦合器件的简称,是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件,在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线,因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(Φ=90°)光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时,衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定,只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时,衍射角θ取+号,异侧时取-号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0,即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中,恰好满足v=0,即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的(图9.1a),光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰,没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比,可以采用锯齿型的反射光栅(又称闪耀光栅)。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样,多缝干涉条件只取决于光栅常数,与锯齿角度、形状

光栅光谱仪的使用

光栅光谱仪的使用实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 (1)了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性; (2)了解光栅光谱仪的结构,学习使用光栅光谱仪; (3)测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱; (4)测定光栅光谱仪的色分辨能力; (5)测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。 2.实验仪器 WDS-3平面光栅光谱仪(200~800nm),汞灯,钨灯&氘灯组件,干涉滤光片。 二、实验原理 (要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式) 1.平面反射式闪耀光栅原理 (1)θ方向的光强:I θ=(sinα α )2(sinNβ sinβ )2 (2)光栅方程:d(sinθ+sin i)= kλ (3)闪耀光栅:光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向,0级谱线出现在光栅平面反射的方向,闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里。 (4)闪耀波长的计算:λ=2dsinγ k 2.平面光栅光谱仪的结构与组成 (1)光学系统结构:

光栅:1200/mm;闪 耀波长250nm;M1 和M2凹面镜焦距 为300mm;狭缝0- 2mm连续可调。 电子系统:电源系统、光接收系统、步进电动机系统组成。 光学接收系统:光电倍增管及其放大电路组成。 光电倍增管:光信号转变成电信号。是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件。 目前测量光信号最灵敏的器件之一。 结构: 3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度。 以汞灯的两条黄谱线(波长为 577.0nm和579.1nm)为例测出谱 线λ1和λ2峰间的间隔a以及峰 的半宽度b,则色分辨能力为: Δλ =b α δλ δλ=λ 2-λ 1 =2.10nm 4.滤光片光谱特性

光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇

实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月

一. 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 二. 实验原理 1.闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(φ=90?)光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时,衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时,衍射角θ取+号,异侧时取-号,单缝衍射中央主 极大的条件是0u =,即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中,恰好满足0v =,即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的,光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰,没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比,可以采用锯齿形的反射光栅(又称闪耀光栅)。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”,与平面光栅一样,多缝干涉条件只取决于光栅常数,与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时,两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝,衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ,于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数,可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射(发光) 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ,发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时,电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发,然后以无辐射情况跃迁到低能级。(无发射跃迁释放的能量转化成热能

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 学号2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学)所在系(院)理学院 2017 年3 月14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上,因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上,衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转,从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围,确保衍射光无级次重叠,可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种,经过光栅衍射后,到达出射狭缝的光强一般都比较弱,因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。

2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器,它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成,并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时,由于光电效应,阴极发射电子,把微弱的光输入转换成光电子;这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦,光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极,产生二次电子,由于二次发射系数大于1,电子数得到倍增。以后,电子再经倍增系统逐级倍增,阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号,在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称,是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件,在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线,因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(Φ=90°)光栅衍射的一般特性。当入射角

(整理)光栅光谱仪与光谱分析 讲稿

光栅光谱仪与光谱分析 一、 实验目的 1、进一步掌握光栅的原理 2、了解光电倍增管和线阵CCD 及其在光谱测量中的应用 3、学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本方法 4、通过测量氢光谱可见谱线的波长,验证巴尔末公式的正确性,从而对玻尔理论的实验基础有具体的了解。力求准确测定氢的里德伯常数,对近代测量达到的精度有一初步了解。 二、实验原理 光谱分析是研究原子和分子结构的重要手段,现有关于原子结构的知识,大部分来源于各种原子光谱的研究。通过光谱研究,可以得到所研究物质中含有元素的组分和原子内部的能级结构及相互作用等方面的信息。在光谱分析中,用于分光的光谱仪器和检测光的光探测器对分析结构有着决定性作用 1) 光栅光谱仪分光原理与参数 光栅是光栅光谱仪的核心,其分光原理如下: 1. 平面反射光栅的构造与光栅方程 目前最广泛应用的是平面反射光栅,它是在玻璃基板上镀上铝层,用特殊刀具刻划出许多平行而且间距相等的槽面而成,如图1所示。大量生产的平面反射光栅每毫米的刻槽数目为600条、1200条、1800条和2400条。铝在近红外区和可见光区的反射系数都较大,而且几乎是常数,在紫外区的反射系数比金和银都大,加上它比较软,易于刻划,所以通常都用铝来刻制反射光栅。我们将看到,在铝层上只要刻划出适当的槽形,就能把光的能量集中到某一极,克服透射光栅光谱线强度微弱的缺点。铝制反射光栅几乎在红外、可见光和紫外区都能用。用一块刻制好的光栅(称原制光栅或母光栅)可以复制出多块光栅。由于这些优点,反射光栅在分光仪器中得到越来越多的应用。 在图1中,衍射槽面(宽度为a )与光栅 平面的夹角为θ,称为光栅的闪耀角。当平行光 束入射到光栅上,由于槽面的衍射及各个槽面衍 射光的叠加,不同方向的衍射光束强度不同。考 虑槽面之间的干涉,当满足光栅方程 (sin sin )d i m βλ±= (1) 时,光强度将出现极大。式中i 及β分别是入射光及衍射光与光栅平面法线的夹角(入射角和衍射角)。d 为光栅常数,m=±1,±2,±3,…,为干涉级,λ是出现极大值的波长。当入射线与衍射线在法线同侧时,公式取正号,异侧取负号。 由式(1)可知,当入射角i 一定时,不同的波长对应不同的衍射角,因而经光栅衍射后按不同方向排列成光谱,成像于谱面中心的谱线波长称为中心波长。本仪器采用的光路,对中心波长λ0而言,入射角与衍射角相等,i =β(图2),这种布置方式称为littrow 型,因此对中心波长λ0有 图1 光栅刻槽断面示意图

光栅光谱仪实验报告(终审稿)

光栅光谱仪实验报告公司内部档案编码:[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

光栅光谱仪的使用 学号 22 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学)所在系(院)理学院 2017 年 3 月 14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上,因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上,衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转,从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围,确保衍射光无级次重叠,可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和 CCCD 等多种,经过光栅衍射后,到达出射狭缝的光强一般都比较弱,因此本仪器采用光电倍增管和 CCD 来接收出射光。 2. 光探测器

光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器,它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成,并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时,由于光电效应,阴极发射电子,把微弱的光输入转换成光电子;这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦,光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极,产生二次电子,由于二次发射系数大于 1,电子数得到倍增。以后,电子再经倍增系统逐级倍增,阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号,在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称,是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件,在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的 CCD 常用作图象传感和光学测量。由于 CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线,因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(Φ=90°)光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时,衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定,只不过此时

20140224光栅光谱仪实验要求

光栅光谱仪 实验仪器 WGD-5型组合式多功能光栅光谱仪,滤色片一组(红绿蓝),汞灯,溴钨灯,水,玻璃片。 预习思考题 1.简述工作原理(不可照抄课本),在此基础上画出光栅光谱仪的光路图,。 2.改变光谱仪入射或出射狭缝的大小会对测量结果有什么影响? 3.测量透过率曲线对光源有什么要求?汞灯是合适的光源吗? 4.水和玻璃是什么颜色的?为什么? 实验内容 一. 测量前的准备(自带U 盘) (1) 记录螺旋尺旋转方向与缝宽变化的关系。 (2) 打开单色仪的电源开关,打开汞灯、溴钨灯电源,预热5min。 (3) 将倍增管的高压调至400V(不得超过600V)。 (4) 打开计算机,进入win98 后,双击“WGD-5 倍增管”图标进入工作界面。待系统和波长初始化完成后便可以工作。 二. 单色仪波长校准 探测器选用光电倍增管,高压加到400伏。在能量模式下测量汞灯光谱。扫描范围300-750nm,扫描步长选1nm。用“自动寻峰”测量谱线波长,与标准值比较,如果波长差大于1nm,进行波长修正。 说明:光源:汞灯 参数设置:工作方式:模式“能量”,间隔“1nm”;工作范围:300—750nm。 狭缝宽度调节,使入射缝与出射缝相匹配。 点击“单程”,单色仪开始扫描。 扫描完成根据谱线强度重新调整入射和出射狭缝,使谱线尽量增高,并使黄线 576.9nm、579.0nm 分开 (以划线谱线作为参照) (汞灯谱线:波长(nm)365.02、404.66、407.78、435.83、546.07、576.96、579.07、623.4) 三. 测量滤色片透过率曲线 光源:取下高压汞灯,换上溴钨灯 1. 扫描基线 工作方式:模式“基线”。 点击“单程”,单色仪开始扫描。调节入射缝的缝宽使基线的峰值达到900以上; 扫描结束后,点击“当前寄存器”列表框右侧“---”,在弹出的“环境信息”填入信息,然后关闭。保存该寄存器的数据,选用“txt”的文本格式。 2. 扫描透过率曲线 打开样品池顶盖,将一个滤色片放在入射狭缝的前面,盖上顶盖。

光栅光谱仪实验报告 2

一、实验目的 1.用光栅光谱仪测量白、黄滤光玻璃片的基线、吸光度、与透过率。 2.学会并掌握光栅光谱仪的应用。 二、实验仪器 1.已装载软件的电脑 2. 有白、黄滤光镜片的滤光片 3.光栅光谱仪 三、实验原理 仪器的规格与主要技术指标: 波长范围 200-800nm 焦距 302.5mm 相对孔径 D/F=1/7 波长精度±0.4nm 波长重复性±0.2nm 杂散光≤10-3 WGD-3 型组合式多功能光栅光谱仪,由光栅单色仪,接收单元,扫描系统,电子放大器,A/D采集单元,计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型,如图2-1 图2-1 光学原理图

M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4转镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0-2.5mm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M3成象在S2上或S3上。 M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线1200条闪耀波长550nm 二块滤光片工作区间白片 320-500nm 黄片 500-800nm 四、实验内容 1.进入系统后,首先弹出如图的友好界面。 2.单击鼠标或键盘上的任意键或等待5秒钟后,马上显示工作界面,同时弹出一个对话框(如图),让用户确认当前的波长位置是否有效、是否重新初始化。如果选择确定,则确认当前的波长位置,不再初始化;如果选择取消,则初始化,波长位置回到200nm处。此时,选择确定即可。 3.基线的测量,将信息/视图一栏选为动态方式,左侧的工作模式选为基线,间隔设定为0.1或0.2纳米,安好玻璃片后开始单程扫描,不断调节电压表,使图像的在450-550nm时达到顶峰,然后返回,重新初始化,重新扫描即可,将所得图像与数据保存在寄存器1中。 4.将工作模式选为吸光度和透过率后,分别按上述方法测量。将所得图像与

光栅光谱仪实验报告(doc)

光栅光谱仪实验报告(doc) 09级应用物理学03班 40908020323 肖金龙 2012.03.28 光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 光谱分析方法作为一种重要的分析手段,在科研、生产、质控等方面,都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱,还是荧光光谱,拉曼光谱,如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR),高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描,完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统,使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。 一、实验目的 1. 掌握发射光谱测试系统,光学元件的透射率光谱,反射率光谱测试系统以 及荧光光谱测试系统的搭建 2. 学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线,学会分析 各种光学元件的反射、透射谱线。 学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱,分析荧光物质成分。 3. 二、光栅光谱仪测试系统组件名称 1(LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten) 2(LHM254波长校准汞灯光源

(The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 3(NFC-532-15陷波滤波装置 The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter. 4(SPB300 300mm光栅光谱仪(the focus is 300nm) 5(SPB500 500mm光栅光谱仪 6(SD 六挡滤光片轮the light filer for six steps 7(SAC 三口样品室sample house 10. DCS102数据采集器data acquisition implement 11. PMTH-S1-CR131 光电倍增管photo multiplier tube 12. HVC1005 高压稳压电源regulated power supply in high voltage 三、光栅基础知识及实验原理图 当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝,首先由光学准直镜汇聚成平行光,再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同,由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。 1. 光栅基础光栅作为重要的分光器件,它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成;复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点,全息光栅光谱范围广,杂散光低,且可做到高光谱分辨率。选择光栅主要考虑如下因素:

光栅光谱仪实验

光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 严祥安 一、典型应用系统介绍 1.发射光谱系统(光源特性测试) 2.光学元件的透射率光谱,反射率光谱系统(完成透射率/反射率的光谱测 试) 3.荧光光谱测试(应用荧光检测技术) 4.激光拉曼光谱系统 二、实验原理图 1.透射/反射光谱光度系统 2.荧光光谱系统

三、光栅光谱仪测试系统组件名称 1.LHD30 氘灯光源室+LPD30氘灯稳流电源 (Deuterium lamp house and deuterium power supply for steady current) 2.LHX150高压氙灯光源室+LPX150高压氙灯稳流电源 (Xe lamp house and steady power supply in high voltage) 3.LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten) 4.LHM254波长校准汞灯光源 (The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 5.NFC-532-15陷波滤波装置 The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter. 6.SPB300 300mm光栅光谱仪(the focus is 300nm) 7.SPB500 500mm光栅光谱仪 8.SD 六挡滤光片轮the light filer for six steps 9.SAC 三口样品室sample house 10.DCS102数据采集器data acquisition implement 11.PMTH-S1-CR131 光电倍增管photo multiplier tube 12.HVC1005 高压稳压电源regulated power supply in high voltage 13.DSI300 硅光电探测器silicon photon detector

光电子技术实验_实验七实验报告

光电子技术实验报告 实验七光纤光栅特性与应用 一、实验目的 1.光纤光栅光谱特性实验(透射谱、反射谱) 2.光纤光栅的传感原理(弹光效应、热光效应) 3.光纤光栅的解调方法(边沿滤波法、扫描滤波法) 4.用光纤光栅两种解调方法测量温度、微应变、微位移与微载荷 二、实验原理 见后附预习报告 三、实验装置 实验平台,1550nm宽带光源,多功能悬臂梁,光纤光栅解调仪,隔离器,2*2耦合线,跳线、法兰盘若干等等。 四、实验内容 1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱 2.光纤光栅光谱实验 a)反射谱特性实验 测量波长-反射光强关系,绘制反射谱曲线并求出中心波长 b)透射谱特性实验 测量波长-透射光强关系,绘制透射谱曲线并求出中心波长 3.边沿滤波法实验 a)微位移测量实验 1)绘制光强与微位移关系曲线,应变与微位移关系曲线 2)根据测出的光强估算微位移大小。 4.扫描滤波法实验 微位移测量实验 1)调节悬臂,测量位移与中心波长的曲线,并拟合实验曲线 2)任意调节螺旋测微器位置,根据拟合曲线求出位移。

五、原始数据 后附原始记录数据。 六、数据分析处理 1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱 实验中用光谱仪观察到反射光谱如下图: 透射光谱如下图:

反射光谱为一窄带谱,仅在波长1549.3675nm附近有较大功率,其余波长段功率接近0。透射光谱则是宽带光谱,但在波长1549.3605nm附近的窄带内功率衰减较大。这与理论结果相符合,即仅中心波长1550nm附近波段被反射,其余波段均透射。 2.光纤光栅光谱实验 a)反射谱特性实验 原始数据见后附,根据实验测得数据,绘制波长-反射光强关系曲线如下图: 由此可得,中心波长约为1549.919nm,与理论数据相符合。 b)透射谱特性实验 原始数据见后附,根据实验测得数据,绘制波长-透射光强关系曲线如下图:

光栅光谱仪系统实验报告

光 栅 光 谱 仪 实 验 报 告 班级: 姓名: 学号: 2012.3.27

光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 主讲教师:严祥安 光谱分析方法作为一种重要的分析手段,在科研、生产、质控等方面,都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱,还是荧光光谱,拉曼光谱,如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR),高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描,完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统,使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。 一、实验目的 1.掌握发射光谱测试系统,光学元件的透射率光谱,反射率光谱测试系统以 及荧光光谱测试系统的搭建 2.学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线,学会分析 各种光学元件的反射、透射谱线。 3.学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱,分析荧光物质成分。 二、光栅光谱仪测试系统组件名称 1.LHD30 氘灯光源室+LPD30氘灯稳流电源 (Deuterium lamp house and deuterium power supply for steady current) 2.LHX150高压氙灯光源室+LPX150高压氙灯稳流电源 (Xe lamp house and steady power supply in high voltage) 3.LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten) 4.LHM254波长校准汞灯光源 (The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 5.NFC-532-15陷波滤波装置 The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter.

仪器分析实验报告

仪器分析实习报告 姓名: 班级:农学(药用植物) 院系:林学院植物资源利用系 学号: 指导教师: 日期:2011年12月26日到2011年12月30日

一﹑实习目的 通过本次实习,进一步了解和熟悉仪器分析理论课上学习的相关仪器的构造﹑分类﹑应用﹑图谱分析方法以及部分仪器的简单的操作方法等。理论联系实际,使自己对仪器分析这门课有更加深刻的了解,为以后走入社会奠定一定的基础。 二﹑实习时间 2011年12月26日到2011年12月30日。 三﹑实习地点 云南省昆明植物研究所﹑西南林学院实验室。 四、实习内容 (一)高效液相色谱仪 1、简介 高效液相色谱(HPLC)是在经典液相色谱法的基础上,引入气相色谱理论,并在技术上采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器而实现分离分析的方法。该方法具有分离速度快、分离效率高、选择性好、检测灵敏度高、操作自动化程度高和应用范围广等特点。 2、结构 高效液相色谱系统由流动相储液体瓶、输液泵、进样器、色谱柱、检测器和记录器组成,其整体组成类似于气相色谱,但是针对其流动相为液体的特点作出很多调整。 3、工作原理 储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相) 内, 由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数, 在两相中作相对运动时, 经过反复多次的吸附- 解吸的分配过程, 各组分在移动速度上产生较大的差别, 被分离成单个组分依次从柱内流出, 通过检测器时, 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。 使用高效液相色谱时,液体待检测物被注入色谱柱,通过压力在固定相中移动,由于被测物种不同物质与固定相的相互作用不同,不同的物质顺序离开色谱柱,通过检测器得到不同的峰信号,最后通过分析比对这些信号来判断待侧物所含有的物质。高效液相色谱作为一种重要的分析方法,广泛的应用于化学和生化分析中。高效液相色谱从原理上与经典的液相色谱没有本质的差别,它的特点是采用了高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相,适于分析高沸点不易挥发、分子量大、不同极性的有机化合物。 3、应用 高效液相色谱法只要求样品能制成溶液, 不受样品挥发性的限制,流动相可选择的范围宽,固定相的种类繁多,因而可以分离热不稳定和非挥发性的、离解的和非离解的以及各种分子量范围的物质。 广泛应用到生物化学、食品分析、医药研究、环境分析、无机分析等各种领域。 5、使用方法 (1)过滤流动相,根据需要选择不同的高效液相色谱仪滤膜。 (2)对抽滤后的流动相进行超声脱气10-20分钟。

光谱定性分析物理实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除光谱定性分析物理实验报告 篇一:红外光谱分析实验报告 一、【实验题目】 红外光谱分析实验 二、【实验目的】 1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2.掌握红外光谱分析的基础实验技术 3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试 4.掌握几种常用的红外光谱解析方法 三、【实验要求】 利用所学过的红外光谱知识对碳酸钙、聚乙烯醇、丙三醇、乙醇的定性分析制定出合理的样品制备方法;并对其谱图给出基本的解析。 四、【实验原理】 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78~300μm。通常又把这个波段分成三个区域,即近红外区:波长在0.78~2.5μm(波数在12820~

4000cm-1),又称泛频区;中红外区:波长在2.5~25μm(波数在4000~400cm-1),又称基频区;远红外区:波长在25~300μm(波数在400~33cm-1),又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外,更常用波数(wavenumber)σ表征。波数是波长的倒数,表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为: 作为红外光谱的特点,首先是应用面广,提供信息多且具有特征性,故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构,依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次,它不受样品相态的限制,无论是固态、液态以及气态都能直接测定,甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体(如橡胶)也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制,样品用量少且可回收,是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪,与其他近代分析仪器(如核磁共振波谱仪、质谱仪等)比较,构造简单,操作方便,价格便宜。因此,它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。根据红外光谱与分子结构的关系,谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振 动的形式。因此,特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度

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