单色仪定标和光谱测量共46页

单色仪定标过程及定标曲线绘制与分析孔德国;解海龙;张红美;罗华平【摘要】采用汞灯与钠灯作为定标光源,以WGD-300型光栅单色仪为对象,讨论了单色仪的定标过程,得出了最佳调整参数；使用MATLAB设计程序对实验数据进行了处理,采用偏最小二乘法拟合得到了定标曲线和曲线解析式,改进了传统实验数据处理方法.【期刊名称】《塔里木大学学报》【年(卷),期】2013(025)001【总页数】6页(P33-38)【关键词】单色仪;定标曲线;MATLAB;拟和【作者】孔德国;解海龙;张红美;罗华平【作者单位】塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300【正文语种】中文【中图分类】TH744.1单色仪是一种常用的分光仪器，通过色散元件的分光作用，把一束复色光分解成不同波长的单色光，是光学和光电子领域从事研究的基础［1－2］，在光谱分析与光谱特性的研究中有着广泛的应用［3］。

按采用色散元件的不同，分为棱镜单色仪和光栅单色仪［4］。

单色仪在出厂时，一般都附有定标曲线的数据和图标供参阅［5］，但经过重新装调后或长时间的使用，其数据会发生改变，带来波长不能精确确定和光谱分辨率降低等问题，这就必须通过波长标定［6］来解决。

因此在科学测量中波长标定是重要且不可或缺的一环。

定标的主要作用是:确定仪器测量系统的输入和输出关系，赋予仪器或测试系统分度值;确定仪器或测量系统的静态特性指标，消除系统误差。

塔里木大学物理实验室的单色仪，由于工程基础系的相关老师课题研究和机械电气化工程学院毕业设计需要，使用率很高，所以每隔一段时间对其定标显得尤为必要，以保证实验数据的准确可靠。

1 仪器和方法1.1 仪器WGD－300 型光栅单色仪透镜(f=150 mm、200 mm 其与仪器孔径比分别为1:7、1:5;f 为透镜焦距)读数显微镜低压汞灯低压钠灯。

单色仪的定标实验报告单色仪的定标实验报告引言：单色仪是一种常用的光学仪器，用于分离出光束中的不同波长的光线。

在实际应用中，单色仪的准确性和精度对于研究光学现象和进行光谱分析非常重要。

本实验旨在通过定标实验，确定单色仪的波长刻度，从而提高其测量的精度和可靠性。

实验装置和原理：本次实验使用的单色仪是基于光栅原理的，其主要组成部分包括光源、光栅、光电二极管和波长选择装置。

光源发出的光经过光栅的衍射作用，被分离成不同波长的光线，然后通过波长选择装置选择特定波长的光线，最后被光电二极管接收并转化为电信号。

实验步骤：1. 准备工作：将单色仪放置在稳定的平台上，确保其与其他光学仪器保持一定的距离，以避免干扰。

打开电源，对单色仪进行预热。

2. 调整光源：根据实验要求选择合适的光源，如汞灯或氢氖激光器。

调整光源的位置和亮度，使其发出稳定的光束。

3. 调整光栅：将光栅安装在单色仪上，并调整其倾斜角度，使得光束通过光栅时能够发生衍射。

同时，调整光栅的位置，使得衍射的光线能够尽可能平行地通过波长选择装置。

4. 定标实验：选择一个已知波长的光源，如氢氖激光器，将其光线通过单色仪，并调整波长选择装置，使得光电二极管接收到该波长的光线。

记录下此时波长选择装置的位置，并标记为该波长的波长刻度。

5. 重复步骤4，使用不同波长的光源进行实验，记录下不同波长对应的波长刻度。

6. 分析数据：根据实验结果，绘制出波长与波长刻度的关系曲线。

可以使用线性回归等方法，拟合出波长刻度的数学表达式。

实验结果与讨论：根据实验数据，我们得到了波长与波长刻度的关系曲线。

通过拟合曲线，我们可以得到单色仪的波长刻度的数学表达式。

在实际应用中，我们可以根据该表达式，通过读取波长刻度，确定光线的波长，从而进行精确的光谱分析。

然而，需要注意的是，单色仪在实际使用中可能存在一定的误差。

这些误差可能来自于光源的不稳定性、光栅的制造误差、波长选择装置的精度等因素。

因此，在进行实际测量时，我们需要对单色仪进行定期的校准和维护，以确保其测量结果的准确性和可靠性。

光栅单色仪的定标和光谱测量一、实验目的（1）：了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）：掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）：测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。

（4）：测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。

二、实验原理（见预习报告）三、实验仪器光栅光谱仪(单色仪)是一个光谱分析研究的通用设备，其元件主要包括：光栅及反射镜，准光镜和物镜，入射出射狭缝旋钮，信号接收设备(光电倍增管/CCD)，计算机及软件系统，图7给出了典型光栅单色仪的结构图。

光栅光谱仪(单色仪)可以研究诸如氢氘光谱，钠光谱等元素光谱（使用元素灯作为光源），也可以作为更为复杂的光谱仪器的后端分析设备，比如激光喇曼/荧光光谱仪。

光栅由计算机软件控制步进电机驱动，可以获得较高的精度。

从图7可知，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。

当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。

如果S2出射狭缝位置连接信号接收设备（光电倍增管/CCD ，），则可对出射光谱进行数据采集分析（部分内容请参考《大学物理实验》第二册中的“单色仪的使用和调整” ）。

本实验使用的仪器：WDS-8型组合式多功能光栅光谱仪，焦距f=500 mm.光栅条数：1200 L/mm 。

狭缝宽度在0-2 mm 连续可调，示值精度0.01 mm 。

光电倍增管的测量范围：200-800 nm ；CCD 的测量范围：300-900 nm 。

图7 光栅单色仪的结构和原理四、实验内容(1):光栅单色仪的定标单色仪的定标指的是借助于波长已知的线光谱光源来对单色仪测量的波长进行标定，校正在使用过程中产生的波长位置误差，来保证测量的波长位置的准确性。

单色仪的定标实验中汞光谱两条谱线的补充标定翟林华　征　洋　姚关心　金　伟　张洪涛　方　涛(安徽师范大学物理与信息工程学院安徽芜湖241000) 摘　要:讨论了普通物理光学实验有关教材中单色仪定标实验中定标所依据的汞光谱谱线标定问题,通过实验确定了实验可以明显观察到而未能标定的谱线,对原有教材有关内容给出了必要的补充.关键词:单色仪定标;汞光谱;谱线标定Two spectral lines supplemented to the Hg spectrum inthe monochromator scaling experimentZHAI Lin-hua　ZHENG Yang　YAO Guan-x in　JIN WeiZHANG Hong-tao　FANG T ao(Department of Physics and Info rmation,Anhui Normal University,Wuhu,Anhui,241000) Abstract:It is sug gested that tw o easily observable spectr al lines should be supplem ented to the Hg spectrum attached to the monochr omator scaling exper im ent in the lecture book,and their w avelengths have been sug gested based on the measurement and co nsulting the comprehensive Hg spectrumKey words:mo no chromator scaling;H g spectr um;spectral line scaling1　引　言光学实验中的单色仪定标实验是通过学生观察单色仪所给出的能够清晰观察到的汞光谱可见光的若干条较强的标定谱线对单色仪定标的.教材〔1〕列表给出了相关的汞光谱标定谱线以提供实验依据.这些谱线涵盖了汞光谱从紫光到红光的可见光部分,如表1所示.实际上通过单色仪除了可以观察到上述谱线以外,还可以明显观察到其它若干条谱线,除了其中强度较弱的以外,尚有与上述谱线强度相当的,处于重要光谱位置的其它谱线.具体说来,在教材标定的蓝绿色和绿色之间可以观察到波长约在500nm的两条谱线,谱线强度和已标定谱线的强度标准相比,强度应为弱谱线,但强于标定谱线中最弱的谱线,通过单色仪仍然可以明显观察到.由于这两条未标定谱线的存在,而且处于光谱显著的位置上,因而较为准确地标定这两条谱线对于这一实验是十分必要的.2　谱线的测定为了测定汞光谱中上述谱线的波长位置,实验中采用单色仪定标,实验所使用的高压汞灯为待定光源,以铁的发射光谱为标准,采用W-P1型1m光栅摄谱仪和1200痕/mm的透射光栅对中心位置在510nm的铁和汞一级光谱用全色胶片摄谱.摄谱采用的狭缝宽度铁光谱为10 m,汞光谱为20 m.仪器的光谱分辨率为0.8nm/mm.经过调整曝光条件,摄得蓝表1　汞灯主要光谱线波长表颜色波长/nm强度紫色404.66407.78410.81433.92434.75435.84强中弱弱中强蓝绿色491.60496.03(502.65)(504.58)强中弱弱绿色535.41536.51546.07567.59弱弱强弱黄色576.96579.07585.92589.02强强弱弱橙色607.26612.33弱弱红色623.44中深红色671.62690.72708.19中中弱绿光部分谱线如图1所示.图1　汞灯蓝绿光部分谱线照片上方为铁光谱,下方为汞光谱.通过和铁光谱的对比,可以看出,汞光谱较强的一对谱线中的左方第一条谱线波长为491.60nm,第二条波长为496.03nm ,均为表1中已标定谱线.它们左边较弱的两条谱线应为需要补充录入表1的有待确定波长的谱线.事实上这一点可以通过对比照片上的谱线间距和表1看出.待定谱线的波长可以通过对比标准铁光谱的已知谱线波长,采用内插法〔2〕较为准确的确定.图1照片上汞光谱左起第二条谱线在铁光谱波长为5027.3nm 和5022.3nm 的两条谱线之间;左起第一条谱线在波长为5049.9nm 和5041.8nm 的两条谱线之间.通过在阿贝比长仪上分别测定各谱线的相对位置,采用内插法,计算求得两条谱线波长值分别为502.62nm 和504.70nm,考虑到仪器精度和测量中谱线可能的定位误差,通过对比,发现从“光谱线波长表”〔3〕中查得标定的汞光谱谱线波长和教材〔1〕表1中数据基本一致(例外的是“光谱线波长表”〔3〕中没有标出496.03nm 的谱线),因而采用表〔3〕中谱线分别为502.65nm 和504.58nm 的相应波长数据作为参考数值可能更为合理(见表1中括号内数值).3　结　论普通物理单色仪定标实验教材所列出的作为定标依据的汞光谱表中,未能完全列出可以参照对单色仪定标的强度较大的谱线.建议在谱线波长表中补充列入波长分别为502.65nm 和504.58nm 的位于蓝绿色区域的两条谱线,以使教材更加完善.4　参考文献1　杨述武主编.普通物理实验(光学部分).北京:高等教育出版社,1993.98～1042　吴讠永华等.近代物理实验.合肥:安徽教育出版社,1987.73　冶金工业部科技情报产品标准研究所编译.光谱线波长表.北京:中国工业出版社,1971.679(2001-05-30收稿)。

WDF型反射式棱镜单色仪狭缝的工作范围为 ，读数鼓轮上的刻度每格 ，旋转读数鼓轮推动杠杆臂，就可以使色散系统相对于投影系统旋转，而在出射狭缝的后方得到不同波长的单色光束的扫描。
单色仪定标曲线的标定是借助于已知线光谱源进行，为了获得较多的点，必须要有一组光源，通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、铁、锌做电极的弧光光源等。
3．将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝 的刀口调焦，使显微镜视场中观察到的谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝 尽可能小，出射缝 可适当大些，根据可见光区汞灯主要谱线波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
4．使显微镜的十字叉丝先对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到谱线中心依次对准叉丝时，分别记录鼓轮读数（ ）和与其对应的谱线波长（ ），重复测量三次，取其平均值。
弱
612．33
弱
红色
623．44
中
深红色
671．62
中
690．72
中
实验注意事项
狭缝是单色仪的精密元件，要特别小心使用，旋转测微螺旋调整缝宽时，动作要慢，切勿使狭缝的二刀口相碰，即不允许使测微螺旋读数为小于零。
思考题
1．如果发现单色仪定标曲线上相对于已知波长 的鼓轮读数 偏离了 ，能否将原定标曲线平移 后继续使用，为什么？
色散棱镜 与平面反射镜 的组合，称为瓦兹渥斯色散系统（Wadsworth）。如图5.7-2所示，棱镜 和平面反射镜 安装在同一转台上一齐转动，转动的轴就是棱镜顶角等分面与底边的交线（通过 ，垂直于图面）。一般地， 上的入射光和经棱镜折射后的单色平行光之ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的夹角 为定值，且有关系式
在瓦兹渥斯色散装置中，由于 的反射面与棱镜顶角等分线相垂直，即 ，所以 ，因此满足最小偏向角的光线通过这种色散装置之后仍平行于原来的入射线，相互之间仅发生一定的平移。这样转动转台，当 角增大时波长短的单色光可以射出；当 角减小时波长长的单色光可以射出。棱镜转动的位置有鼓轮刻度标志，因每一鼓轮刻度都和一定的单色光的波长相对应，因而只要有了单色仪的定标曲线——鼓轮刻度与光谱波长之间的对应曲线（又称色散曲线）就可以从鼓轮读数确定出射光的波长。

单⾊仪定标实验报告棱镜单⾊仪的定标【实验⽬的】1、了解单⾊仪的结构，分光原理和使⽤⽅法；2、做出单⾊仪的定标曲线。

【实验仪器】反射式棱镜单⾊仪，⾼压汞灯、读数显微镜、会聚透镜仪器介绍：单⾊仪----能够从复合光源中分解出独⽴的、⾜够狭窄的、波长连续可调的单⾊光的仪器。

按波长来分，有红外单⾊仪、紫外单⾊仪、可见光单⾊仪；按分光元件来分，有光栅单⾊仪和棱镜单⾊仪；在棱镜单⾊仪中按物镜的形式来分，有透射式单⾊仪和反射式单⾊仪。

我们这个实验⽤的是：反射式玻璃棱镜单⾊仪，分光波段在可见光范围内。

反射式玻璃棱镜单⾊仪反射式玻璃棱镜单⾊仪的光学系统由三部分组成：1、⼊射准直系统-----狭缝和凹⾯镜1S 1M ，恰好处在1S 2M 的焦平⾯上。

其作⽤是将进⼊狭缝的光变为平⾏光。

1S 2、⾊散系统----平⾯镜M 和三棱镜P，⼆者作为⼀个整体安装在转台上。

平⾏⼊射的复合光经过平⾯镜M 反射到三棱镜P 上，分解成按波长排列向不同⽅向偏折的单⾊光。

随着棱镜的转动，只有满⾜最⼩偏向⾓条件的⼊射光，才能从出射狭缝射出。

棱镜转了，出射光的波长也就发⽣了变化。

3、出射聚光系统----出射狭缝和聚焦凹⾯镜2S 2M 。

恰好处在2S 2M 的焦平⾯上。

将棱镜P 分解出的不同⽅向的单⾊光中的⼀束（哪⼀束？）汇聚到狭缝上。

2S 单⾊仪的机械部分包括狭缝和读数⿎轮。

狭缝的调节要仔细，不要挤坏。

读数⿎轮与万向接头转动杆及把⼿相连。

转动把⼿，棱镜就转，输出光的波长就在变。

读数⿎轮的数值与棱镜的位置相对应，也就是与出射光的波长相对应。

【实验原理】三⾊仪不是直接⽤波长分度定标⽽是⽤⿎轮读数来表⽰，因在使⽤单⾊仪之前要定标：利⽤已知波长的光谱线标定⿎轮的读数，做出⿎轮读数与波长之间的关系曲线。

这个过程称之为单⾊仪的定标。

单⾊仪的定标要借助于已知波长的线光谱光源来进⾏。

本实验选⽤的光源为⾼压汞灯。

在可见光波段内，⽤读数显微镜可以观察到30多条谱线。

缝S1对准凸透镜和汞灯所发出的光线。适
当调节透镜和汞灯的位置，使汞灯发出的
光成像在入射狭缝S1上。
3
S1
2
1
２．观测装置的调整
在出射狭缝S2前放一测微目镜或读数 显微镜，调节测微目镜，直至看清叉丝。 然后调节其物镜，看清出射狭缝S2和狭缝
S2
1 .汞灯 2 .短焦距凸透镜 4 3 .单色仪 4 .测微目镜
４．测量 为了准确测量，我们可以转动鼓轮，将汞灯光谱从红到紫来回多看几遍，并且将 鼓轮的读数范围确定下来。在基本辨认和熟悉全部23条谱线颜色特征以后，调节器观 测装置，把测微目镜的叉丝对准出射缝中央，向一个方向缓慢转动鼓轮，从红到紫， 读出每一条谱线所对应的鼓轮读数，重复读两次，并将数据填入下面的表5—13—1 中。 数据处理
将上面的测量数据在方格坐标纸上作 L − λ 曲线，以 L 以为纵轴， λ 为横轴，将
表格中各点的数据描入直角坐标中，然后将各点用光滑的曲线联接起来，该曲线称定
标曲线。只要在单色仪上测出某谱线所对应的鼓轮读数 LX ，就可以在此曲线上查出波
长λx 。
颜色
表5—13－1汞灯可见光谱线对应鼓轮读数记录表
S2 图5 — 13 — 2
的单色平行光（波长为 λi ）通过棱镜投射到柱面凹面镜M3上，并由其聚焦到出射夹缝
处S2，就得到了一束波长为 λi 的单色光。
３．单色仪的结构与外形 单色仪的全部元件安装在一个钢制的圆筒内或其侧面上。上面用钢盖盖好，以免 空气中的水蒸气侵入和灰尘落入。其中入射狭缝S1和出射狭缝S2装在钢筒的外侧，狭缝
出现。如果光谱线的波长是已知的，分别为 λ1 ， λ2 ห้องสมุดไป่ตู้…， λn ，对应于鼓轮上的读数

G
M2 M1
S2 PMT
S1：入射狭缝 G：闪耀光栅 S2：出射狭缝 M2：反光镜 M1：离轴抛物镜 PMT：光电倍增管
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
������2 =
|497.812−497.78| 497.78 498.2
2、498.250 =0.006% =0.01%
|498.250−498.2|
2、
低压汞灯光谱测量
页 5
BY 王有识
实 验 报 告
Figure 5 低压汞灯 黄光 强
峰值数据：1、576.925 与标准值之间误差：������1 =
λf
D；
= a= W0 0.86 a = n
Hale Waihona Puke λfD 时最佳 （D 为光栅的宽度， f 为等效会聚透
镜的焦距） 3、
单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和 计算？
答：理论分辨本领 R 的 R = λ = mN 计算： dλ m=1， 为光栅的总线条数。 N
m 为干涉级次，
实际分辨本领的测量和计算，原理和操作如下：
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BY 王有识
实 验 报 告
LED 灯能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。 LED 灯具有以下优点： 一、高光效 LED 光效达 50～200 流明/瓦，光谱窄，单色性好，
几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。 二、高节能 具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个 10～
12 瓦的 LED 光源发出的光能与一个 35～150 瓦的白炽灯发出的光能 相当。同样照明效果 LED 比传统光源节能 80%～90%。 三、 光色多 可以选择白色或彩色光， 红色、 黄色、 蓝色、 绿色、

a = a' …………………………………………………………⑤
f1 f2
上式表明，当出射缝宽和入射缝的像有同样宽度时，出射光强度最大，如果 上式简化为 。 a=a’
，则 f1=f2
若光谱宽度△λ增加 n 倍，则出射光通量将增加 n2倍。当△λ一定时，出射光通量与
棱镜的色散有关，对于不同波长的光输出，因色散不同，所以狭缝的宽度应随着改变，才能
1、 入射准直系统 组它成使，S1因由发入S出1射固的缝定入在S射1M光和1束凹的成面焦为镜面平上M行，1 光束。
2、 瓦兹渥斯色散系统 由玻璃棱镜 P 和平面镜 M 联合组装成一整体，安装在同一转台上，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，以最小的偏向角出射的单色 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 后光，，会通聚常由在称凹为面M单镜2的色M焦光2面和。，出即射出缝射S2缝组S成2，的它平将面色上散，后因沿S不2缝同宽方较向小传，播从的S单2输色出平的行是光波经段M很2 反窄的射 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随之改变，当最小 偏向角由1、小单变色大仪时的，光从谱S宽2 输度出的单色光的波长将依次由长变短。 若入射光从 S1 射入，入射缝宽为 a，则狭缝 S1 在出射缝 S2 的光谱面上成像，其像宽为
本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400-760nm）进行定标，然后
用定标曲线测出钠双黄线的波长。
[实验内容及步骤]
1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节和读数以及狭缝使用时的注意事
项。因为两个缝的宽度直接影响出射光的强度和单色性，所以必须根据需要适当选择缝宽。

单色仪定标实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过对单色仪的定标实验，掌握单色仪的原理和使用方法，以及了解单色仪的定标原理和步骤。

二、实验仪器和设备。

1. 单色仪。

2. 光源。

3. 样品。

三、实验原理。

单色仪是一种用于测量物质吸收、发射或透射光谱的仪器。

它通过将光分解成各个波长的组成部分，从而可以得到样品对不同波长光的吸收、发射或透射情况。

在定标实验中，我们需要确定单色仪的分辨率和灵敏度，以确保后续实验的准确性和可靠性。

四、实验步骤。

1. 准备工作，将单色仪和光源连接好，调节单色仪的波长范围和光强度。

2. 定标前的准备，将样品放入单色仪中，调节单色仪使其只通过一种波长的光。

3. 定标实验，记录样品对该波长光的吸收、发射或透射情况，然后逐步改变波长，记录各个波长下的光谱数据。

4. 数据处理，根据实验数据绘制光谱图，并分析样品在不同波长下的特性。

五、实验结果与分析。

通过实验，我们得到了样品在不同波长下的光谱数据，根据这些数据我们可以分析出样品对不同波长光的吸收、发射或透射情况，从而了解其特性和结构。

同时，我们也可以根据实验数据对单色仪的性能进行评估，确保其在后续实验中的准确性和可靠性。

六、实验总结。

通过本次实验，我们掌握了单色仪的定标原理和步骤，了解了单色仪在光谱测量中的应用，提高了实验操作能力和数据处理能力。

同时，也加深了对光谱仪器的理解，为今后的实验工作打下了坚实的基础。

七、实验感想。

本次实验让我深刻体会到实验操作的重要性，只有严格按照操作规程进行实验，才能得到准确可靠的数据。

同时，也要注重数据处理和结果分析，才能得出科学的结论。

希望今后能够继续努力，提高实验能力，为科学研究做出更大的贡献。

八、参考文献。

1. 《光谱学原理与仪器》。

2. 《实验室光谱分析技术手册》。

以上为本次单色仪定标实验的实验报告，谢谢阅读。

光栅单色仪的定标和光谱测量实验实验目的：（1）：了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）：掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）：测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。

（4）：测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。

实验简介单色仪（monochromator）是指从一束电磁辐射中分离出波长范围极窄单色光的仪器。

按照色散元件的不同可分为两大类：以棱镜为色散元件的棱镜单色仪和以光栅为色散元件的光栅单色仪。

单色仪的构思萌芽可以追述到1666年，牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜时被分解成七色光的彩色光光谱，牛顿首先将此分解现象称为色散。

1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并研究发现了太阳光谱中的吸收谱线（夫琅和费谱线）。

棱镜的色散起源于棱镜材料折射率对波长的依赖关系，对多数材料而言，折射率随着波长的缩短而增加（正常色散），及波长越短的光，在介质中传播速度越慢。

1860年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计完成较完善的现代光谱仪—这标志着现代光谱学的诞生。

由于棱镜光谱是非线性的，人们开始研究光栅光谱仪。

光栅光谱仪是利用衍射作为光学元件用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，光栅光谱仪具有比棱镜单色仪更高的分辨率和色散率。

衍射光栅的可以工作于从数十埃到数百微米的整个光学波段，比色散棱镜的工作波长范围宽。

此外在一定范围内，光栅产生的是均排光谱，比棱镜光谱的线性要好的多。

它也可以从复合光的光源（即不同波长的混合光的光源）中提取单色光，即通过光栅一定的偏转的角度得到某个波长的光，并可以测定它的数值和强度。

因此可以进行复合光源的光谱质量分析。

实验原理光栅光谱仪是利用衍射作为色散元件，因此光栅作为分光器件就成为决定光栅光谱仪的性能的主要因素。

1、衍射光栅：现代衍射光栅的种类非常多，按照工作方式分为反射光栅和透射光栅；按照表面形状可分为平面光栅和球面光栅；按照制造方法可分为刻划光栅、复制光栅和全息光栅；按照刻划形状可分为普通光栅、闪耀光栅和阶梯光栅等。

维普资讯
第 １ ６卷
第 ９期
光 学 精 密 工 程
Ｏ ｐｔｃ ｎｄ Ｐｒ ｃｓｏｎ Ｅｎｇｉ ｅ ｉ ｉｓ ａ ｅ ｉｉ ｎｅ ｒｎｇ
Ｖ ｏ ．１ Ｎ ｏ １ ６ ．９ Ｓｅ ．２ ０８ ｐ ０
பைடு நூலகம்
２０ ０ ８年 ９月
《 间软 Ｘ 射 线一 紫外 波 段 光 学 仪 器 检 测 方 法 》 空 极 专题 导 读
平 的光 学仪 器发 射 到 近 地 和 深 空轨 道 上 ， 地 面 目标 、 间 目标 以及 深 空 目标 进 行 多谱 段 、 对 空 多种 形 式 的 观 测 和 研 究 ， 科 在 学研 究 、 间应 用和 军 事领 域 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。 尤 其 是 软 ｘ射 线一 紫 外 波 段 空 间光 谱 和 成 像 仪 器 ， 年 来 发 空 极 近 展迅猛 ， 以其 波 段 上 的优 势 和 空 间 探 测 的 特 点 在 科 学研 究 和 应 用 领 域 发 挥 了极 其 重 要 的 作 用 。 中 国科 学 院 长春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究所 自 ２ Ｏ世 纪 ８ ０年 代 开始 软 ｘ射 线一 紫 外 波段 光 学研 究 以 来 ， 展 了 多 极 开 项 该 波 段 光 源 、 学元 件 、 测 器 以及 辐 射 计 量 等 基 础 技 术 研 究 工 作 。 在 基 础 技 术研 究基 础 上 ， 开 展 了该 波段 光 谱 仪 光 探 还 器 和 成 像 仪 器 的研 究 和研 制 工 作 ， 科 学研 究 和 空 间探 测 中发 挥 了重要 作 用 。 在 本 期 报 导 了 ４ 关 于 极 紫 外一 篇 可见 光 波 段 光 学技 术检 测 方 法 的 论 文 ， 极 紫 外 波 段 光 谱 仪 器 定 标 、 紫 外 波 段 光 学 就 极 元 件 检 测 、 紫 外 波 段 成 像 仪 器检 测 和 原 位 光 学测 量 技 术进 行 研 究 ， 文 研 究 内容 概 述 和 意 义如 下 ： 极 论 《 紫 外 单 色仪 波长 定标 》 文 给 出 了一 种 对 极 紫 外 波 段 单 色仪 进 行 定标 的新 方 法 。 即利 用极 紫 外 波段 空 心 阴极 光 极 一 源 产 生 的 ＨｅＩ０ ４ｎ 和 Ｈｅ５ ． ｍ 两条 谱 线 对 Ｍｃ ｈ ｓｎ单 色仪 较 长 波段 进 行 定标 ， 用 标 定 过 的 极 紫 外 波段 多层 Ｉ ． ｍ ３ Ｉ８ ４ｎ Ｐ ｅｏ 利 膜 反 射 镜 对 Ｍｃ ｈ ｓ ｎ单 色仪 较 短 的 波 段 进 行 定 标 ， 定 过 的 多 层 膜 反 射 镜 的 峰 值 反 射 率 波 长 位 置 为 １ ． ｍ。 用 Ｐ ｅｏ 标 ３ ９ｎ Ｍｅ ｈ ｓｎ单 色仪 分 别 测 出上 述 ３条 标 准 谱 线 的波 长位 置 ， 据 Ｍｃ ｈｓ ｎ单 色仪 测 量 时 的 光 栅 位 置 读 数 以及 所 测 光 谱 Ｐ ｅｏ 根 Ｐ ｅｏ 辐 射 的 波 长位 置 拟合 出光 栅 方 程 ， 现 对 Ｍｃ ｈ ｓ ｎ单 色仪 测 量 的 波 长 精 度 定 标 。用 此 方 法 对 Ｍｃ ｈ ｓ ｎ单 色仪 进 行 了 实 Ｐ ｅｏ Ｐ ｅｏ 极 紫外 波 段 波 长 定标 ， 长 定标 准 确 度 为 ０ ０ ｌ ， 量 重 复 性 为 ±０ ０ ｍ。研 究 结 果 对 极 紫 外 波 段 辐 射 测 量 技 术 研 波 ． ８ ｎ ｌ测 Ｔ ． ４ｎ 究 和 空 间仪 器辐 射 定标 有 重 要 意 义 。 《 ３ ９ １ ． ｍ 正 入 射 Ｍｏ Ｓ 多层 膜 反 射 镜 的反 射 率 测 量 》 文介 绍 了一 种 新 研 制 的 小 型软 Ｘ射 线一 紫 外 波 段 １ ． 和 ９ ６ｎ ／ｉ 一 极 反 射 率 计 ， 此 小 型 反 射 率 计 可 以 对软 Ｘ 射 线 一 紫 外 波段 光 学 元 件 的 反 射 率 和 透 过 率 进 行 测 量 ， 用 极 为软 Ｘ射 线一 紫 外 波 极 段 多层 膜 反 射 镜 反 射 率 测 量提 供 了一 种 新 的 测 量 途 径 。 对 １ ． ３ ９和 １ ． ｍ 波段 的 多层 膜 反 射 镜 反 射 率 分 别 进 行 了测 ９ ６ｎ 量 ， 量 结 果 为 ：３ ９ｎ 多层 膜 反 射 镜 的峰 值 反 射 率 ４ ． ， 高 宽 度 ０ ５ ｍ。１ ． ｍ 多层 膜 反 射 镜 峰 值 反 射 率 测 １ ． ｍ １９ 丰 ． ６ｎ ９ ６ｎ ２ ． ， 高 宽 度 １ ７ ｍ。 反 射 率 测 量 重 复 性 好 于 １ ， 长 测 量 精 度 为 ０ ０ ｍ。 ２６ 半 ． ０ｎ 波 ．８ｎ 《 紫 外 太 阳 望 远 镜 分 辨 率 检 测 》 文 介 绍 了一 种 极 紫 外 波段 太 阳望 远镜 间接 检 测 方 法 。即 利 用 可 见 光 波 段 检 测 结 极 一 果， 间接 推 断 出 望远 镜 在 极 紫 外波 段 的 角分 辨 率 。将 可 见 光 照 明 的分 辨 率 板 置 于平 行 光 管 的 焦 点 处 ， 由平 行 光 管 产 生 的 平行 光 束 入 射 到 待 测 极 紫 外 太 阳 望 远 镜 中 ， 由极 紫 外 太 阳望 远 镜 将 平 行 光 管产 生 的 平行 光 成 像 到 焦 面 上 的 Ｃ Ｄ 相 机 的 Ｃ 感 光 面 上 。 望 远 镜 可 见 光 检 测 结 果 为 １ ２ ， 此 计 算 出望 远 镜 在 极 紫 外 波段 角 分辨 率 为 ０ ３ 。研 究 结 果 对 极 紫 外 波段 ．２据 ．２ 空 间 成 像 仪 器性 能检 测 方 法研 究 有 重 要 意 义 。 《 于虚 拟 锁 相 的 原 位 光 学测 量技 术 》 文 介 绍 了 一种 基 于虚 拟 锁 相 技 术 的 高精 度 光 学 测 量 方 法 ， 方 法 可 以 在 普 基 一 该 通的 Ｐ Ｃ机 上 构 建 虚 拟 的 锁 相 放 大 器 ， 源 于 光 电倍 增 管探 测 器 和 Ｐ Ｓ探 测 器的 微 弱 光 电信 号 进 行 高精 度 测 量 ， 而 对 对 ｂ 进 经过 高 能 质 子 和 电子 辐 照过 的 光 学 样 品 的 透 过 率 、 射 率 和 散 射 等 光 学性 能 进 行 原 位 光 学 性 能 检 测 。对 所研 制 的 原 位 反 光 学 测 量 系统 的 性 能 进 行 了检 测 ， 量 结 果 表 明 ：０ ～ ８０ ｎ 和 ８ ０ ２５ ０ｎ 两 个 波段 的 光 学 测 量 重 复 性 分 别 为 测 ２ ０ ６ ｍ ６ ～ ０ ｍ ０ １ 和 ０ ５ ， 量 结 果 与 通 用 的 检 测 设 备 Ｌ ｍｂ ａ ５ ．２ ．４ 测 ａ ｄ ９ ０的测 量 结果 相 差 ０ ９ 。该 种 测 量 方 法 有 较 大的 测 量 动 态 范 ．５ 围 ， 有 效 地抑 制 杂 光 和 电子 学噪 声 对 测 量 精 度 的 影 响 ， 合 对 微 弱 光 电信 号 的 测 量 和 处 理 ， 以提 高 测 量 精 度 。研 究 能 适 可

1 §3.14 单色仪的定标和滤光片光谱透射率的测定 目的1．了解棱镜单色仪的构造原理和使用方法.2．以高压汞灯的主要谱线为基准,对单色仪在可见光区进行定标.3．测定滤光片的透射率曲线.仪器及用具反射式棱镜单色仪、稳压电源、溴钨灯、汞灯、硅光电池、光点检流计、读数显微镜、滤光片、会聚透镜、读数小灯等.实验原理1．单色仪的基本结构单色仪是一种分光仪器,它通过色散元件的分光作用,把一束复色光分解成它的“单色”组成.单色仪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.单色仪运用的光谱区很广,从紫外、可见、近红外一直到远红外.对于不同的光谱区域,一般需换用不同的棱镜或光栅.例如,用石英棱镜作为色散元件,则主要应用紫外光谱区,并需用光电倍增管作为探测器;若棱镜材料用NaCl (氯化钠)、LiF (氟化锂)或KBr (溴化钾)等,可运用于广阔的红外光谱区,用真空热电偶等作为光探测器.本实验所用国产WDF 型反射式单色仪,棱镜材料是重火石玻璃,仅适用于可见光区,用人眼或光电池作为光探测器. 图 3.14-1是反射式棱镜单色仪的光路图,它的光学系统主要由三部分组成：(1)入射准直部分由入射狭缝S 1和准直凹面反射镜M 1组成.(2)色散系统是仪器的核心部分,由固定在一起的平面反射镜M 2和三棱镜P 组成.它们置于色散工作台上,可一起绕O 轴转动,以保证在转动色散系统时,只有“以最小偏向角通过棱镜的那种波长的光”才能从S 2缝射出．(3)出射聚光系统由聚焦凹面反射镜M 3和出射狭缝S 2组成.光源发出的光经透镜L 照亮入射狭缝S 1,进入S 1后射向准直镜M 1,经M 1反射后成为平行光射向平面反射镜M 2,M 2反射后仍为平行光射向三棱镜P .由于棱镜的色散作用经棱镜折射后成为不同方向的平行光,各种不同波长的光束方向各不相同,波长长的偏向角小些,波长短的偏向角大些,同种波长的二束平行光沿着自己的方向进行,射到聚焦镜M 3上经反射后会聚于M 3焦面上的一点.由入射狭缝S 1上各点产生的同种波长但方向不同的平行光束会聚于M 3焦面上的不同点,所有这些点形成一条谱线.谱线即狭缝S 1的像.若光源包含多种波长成分,则在M 3的焦面上便获得很多谱线(也可以是连续的).出射狭缝S 2位于M 3的焦面上,因S 2较窄,于是落在S 2处的单色光就从狭缝射出了.在仪器的底部有读数鼓轮,它与万向接头转动杆及把手相连.当转动把手时,棱镜就图3.14-12转动,鼓轮读数反映了棱镜转动后的位置,从而也反映了出射光的波长.鼓轮旁有反光镜,便于读数.2．单色仪波长的定标单色仪的鼓轮读数R 与出射光的波长λ有一一对应关系.以R 为纵坐标,λ为横坐标,画出R —λ曲线,称为单色仪的校准曲线(又叫定标曲线).单色仪出厂时虽然附有校准曲线的数据或图表供查阅,但经过运输及长期使用或重新装调后,其数据会有偏离,因此需要重新标定,作出校准曲线,这样就可以由鼓轮读数得知出射光的波长,便于使用.单色仪定标是借助于一些波长已知的线状光谱的光源进行的.本实验选用汞灯作光源.实验时将汞灯的光照亮入射狭缝S 1,使其一些已知波长的光,依次先后从出射狭缝S 2射出,记下相应的鼓轮读数R ,便得到λ与R 的一一对应关系.3．物体的透光特性当波长为λ,光强为I 0 (λ)的单色光束垂直照射到透明物体上时,若透过物体的光强为I T (λ)则定义I T (λ)/I 0(λ)为该物体对此波长的光的透射率,即同一物体对不同波长的光的透射能力是不一样的,即T 是波长λ的函数.由于物体的吸收、表面的反射和散射等损失,所以物体实际的透光率总是小于l .若以白炽灯为光源,出射的单色光由光电池接收,用光点检流计显示其读数,则出射的单色光所产生的光电流i 0(λ)与入射光强I 0(λ)、单色仪的光谱透射率T 0(λ)和光电池的光谱灵敏度S (λ)成正比,即式中K 为比例系数.若将一光谱透射率为T (λ)的透明物体(滤光片)插入被测光路,则相应的光电流可表示为由(3.14-2)和(3.14-3),得 本实验要求用单色仪测定滤光片的光谱透射率T (λ),作出T (λ)—λ曲线,并求出光谱透射率的半宽度(透射率降到最大值的一半的波长范围∆λ).实验内容1．定标单色仪在可见光区定标,光路图如图3.14-2所示.(1)光路调节:点亮汞灯,先不放透镜L ,使汞灯发光体中部与入射缝S 1大致对正,将入射缝S 1和出射缝S 2开大(如S 1≈0.5mm ,S 2≈2mm ,注意顺时针旋转为打开狭缝)用眼睛从出射缝S 2处向单色仪内观察,适当转动鼓轮,可清楚看见光源的不同颜色光的像.调节光源的高低和左右,使光源的像正好位于聚焦物镜M 3的中央.将S 1缝宽减小到0.1mm 左右,在光源与S 1缝之间加入聚光透镜L ,使光源经L 在S 1处成像.）（）（）（）（114.30-=λλλI I T T )214.3()()()()(000-=λλλλS T KI i )314.3()()()()()()()()(000-==λλλλλλλλS T T KI S T KI i T T )414.3()()(00-==λλλλλi i I I T T T ）（）（）（图3.14-2(2)调显微镜:在出射缝S2后面水平放置读数显微镜,使显微镜对S2缝的刀口调焦.调节显微镜的叉丝对准出射缝S2的中心位置.注意调好后的显微镜位置不能再移动了．(3)调节缝宽：调S1的缝宽,使汞灯的579.07nm与576.96nm两条黄谱线能明显分开.为使谱线细锐并有适当的亮度,入射缝S1的宽度一般不大于0.lmm.而出射缝S2可开得宽些(如2mm左右),以便能同时看到二至四条谱线.(4)识别谱线:在正式测定校准曲线之前,要先定性观察全过程,以识别谱线,即转动鼓轮,从红光到紫光再从紫光到红光,观察汞灯的所有谱线,认准谱线(对照表l，从谱线的颜色、强弱、谱线间距等方面去识别).(5)测量:以显微镜的叉丝交点为标准,缓慢转动鼓轮(应向一个方向转动,例如从红光到紫光),使汞灯的各条谱线中心依次对准叉丝交点,分别记下鼓轮读数R和它所对应的已知波长λ.以鼓轮读数R为纵坐标,以谱线波长λ为横坐标,在坐标纸上画曲线,便得到单色仪的校准曲线R-λ.2．测定滤光片的T—λ曲线(选作)在可见光区测定,用溴钨灯做光源,用光电池和光点检流计组成的光电接收器来测量相对光强.在单色仪定标的基础上,测定滤光片的T—λ曲线.(1)将光电接收器套在出射缝S2处,检流计选取合适的量程,并调好检流计的零点.(2)将光源换成溴钨灯,电流暂取4A,调溴钨灯使其经透镜L在S1处成像.转动鼓轮,观察检流计偏转格数随波长变化的情况,使鼓轮停在检流计偏转最大的波长位置处,逐步增大溴钨灯的电流,使检流计偏转较大(如100格左右),注意溴钨灯的电流不得超过其额定值5A.(3)选测量点:将滤光片插入光路,转动鼓轮,观察滤光片对不同波长的透光情况,考虑选取哪些点进行测量.在弱吸收附近.测量点可少一些,在强吸收附近,测量点要密些.(4)测量:将鼓轮R沿一个方向(例如从红光到紫光)旋到适当位置,记录光点检流计偏转格数i0(λ),对再加上滤光片,记录光点检流计偏转的格数i T.(5)作T(λ)—λ曲线.为了简便,可使T(λ)—λ曲线与R-λ校准曲线做在同一张大小合适的坐标纸上.(6)根据T(λ)—λ曲线计算中心波长λ0及半宽度∆λ的值.思考题1．对单色仪定标的目的是什么？2．从单色仪出射狭缝S2射出的光是真正的“单色光”吗？3．试比较分光计、单色仪、棱镜摄谱仪的异同点.3。

单色仪定标实验报告单色仪定标实验报告引言：单色仪是一种用于测量光的波长和光谱分布的仪器。

在光学实验中，单色仪的准确性和稳定性对于获得可靠的实验结果至关重要。

本次实验旨在对单色仪进行定标，以确保其测量结果的准确性。

实验装置：本次实验所使用的装置包括：单色仪、光源、光电二极管、计算机等。

其中，单色仪是实验的核心设备，用于分离和选择特定波长的光线。

光源则提供光线，光电二极管用于接收并转化光信号，计算机用于显示和记录实验数据。

实验步骤：1. 准备工作在进行实验之前，首先需要对实验装置进行检查和准备。

确保单色仪的光路调节良好，光源的亮度适中，光电二极管的接收面干净无污染。

2. 单色仪的定标a. 设置初始波长将单色仪调至初始波长，通常选择可见光谱范围内的某个波长，如红光的波长为650nm。

通过旋转单色仪上的波长选择旋钮，将波长调至设定值。

b. 光电二极管的校准将光电二极管与单色仪相连，并将其输出信号连接至计算机。

在计算机上打开数据采集软件，选择合适的采样频率和采样时间。

然后，将单色仪的波长逐渐调整，记录下对应的光电二极管输出信号。

c. 构建定标曲线将记录下的波长和对应的光电二极管输出信号绘制成散点图。

通过对散点图进行拟合，得到定标曲线的数学表达式。

常见的拟合方法包括线性拟合、二次拟合等。

根据实际情况选择最合适的拟合方法。

d. 验证定标曲线选择几个已知波长的光源，将其光线通过单色仪，测量其光电二极管的输出信号。

将测量得到的输出信号代入定标曲线中，计算出对应的波长值。

与已知波长进行比较，验证定标曲线的准确性。

实验结果与讨论：通过以上步骤，我们成功地对单色仪进行了定标，并得到了相应的定标曲线。

在实验中，我们选择了红光、绿光和蓝光作为已知波长的光源进行验证。

实验结果显示，当红光的波长为650nm时，光电二极管的输出信号为1.23V；当绿光的波长为532nm时，输出信号为0.89V；当蓝光的波长为470nm时，输出信号为0.72V。

２ 什么叫三棱镜色散的最小偏向角？单色光实现最小偏向角 的条件是什么？
答：如图，一束平行单色光经棱镜折射，入射光和出射光之 间的夹角称为偏向角，当入射角等于出射角时（条件），偏 向角有最小值，称为最小偏向角。
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 平行光经M2反射后，会聚在M 2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．
数据测量及定标曲线绘制---
1． 调节透镜，光源的高低及水平位置，使光线垂直照射到狭缝上， 并使入射光尽量的强。 2。初步设置入射狭缝的宽度。（不能闭合，也不能过宽） 3。将出射狭缝放宽，旋转鼓轮，先用眼睛直接寻找出射光， 4。看到出射光后再用显微镜观察，注意显微镜聚焦。根据双黄线调 节入射狭缝的宽度，使双黄线能清晰的分开。 5。以双黄线和绿线为基准，向两测寻找并辩别谱线（根据谱线的颜 色、波长差及强度）。 6．找到谱线后，缓慢地转动鼓轮(从数字小往大转），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(λ)，测量几次（转动方向相同），取其平均值。 7．以光谱线波长(λ)为横坐标，以鼓轮读数(L)为纵坐标画曲线即 得单色仪的定标曲线． 8。根据定标线测未知谱线波长。
L
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
λ
➢注意:转动鼓轮时必须向同一个方向转。
思考题
１ 三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过 三棱镜？它是如何实现分光的？
答：三棱镜的分光原理不同波长的光的折射角不同，使不同 波长的光出射方向不同。
因平行光入射三棱镜时，各点光的入射角相同，使同一波长 的出射角就相同。
利用三棱镜的色散，使不同波长的光线从不同方向射出成为 单色光。

颜色
λ/nm
TT
强紫1
404.66
403.55
强紫2
407.70
406.15
弱紫
410.01
410.10
弱蓝1
433.92
431.40
弱蓝2
434.75
433.90
强蓝
435.85
435.40
中青1
491.61
489.20
中青2
496.03
497.05
弱绿1
535.41
528.50
弱绿2
536.51
4.制作Δλ/Δs∼λ曲线
■在可见光范围内，以两条接近的谱线，作为一组线对。比如两条紫色谱线404.66nm和407.70nm，两条蓝色谱线433.92nm和435.85nm,两条青色谱线491.61nm和496.03nm，两条黄色谱线576.96nm和579.07nm,两条橙色谱线607.27nm和612.34nm,两条红色谱线671.64nm和690.75nm。测量时可将出射缝开的大些，转动鼓轮使各线对依次出现在读数显微镜中，用读数显微镜测出线对间距Δs，即可制作Δλ/Δs∼λ曲线。
3、会聚透镜尺寸和焦距有何要求？
答：最佳狭缝宽度为：an=0.86λ/fD。其中f为抛物镜的焦距，D是由光栅和透镜的口径限制的光束的直径。所以f、D不能过小。
4、棱镜单色仪和光栅单色仪有何不同？
答：光栅单色仪适用范围更广，可到达短波，色散性能要优于棱镜。
参考文献：
1、《基础物理实验》沈元华，陆申龙高等教育出版社
3.制作TT∼λ曲线
■用高压汞灯作光源，按上述实验内容1调整好光路后，用读数显微镜在出射缝出观察谱线。实验时，将入射缝开的窄些（以看到的谱线清晰细锐为准），出射缝适当开的大些（约1mm），在显微镜中可以同时看到几条谱线和出射缝的两边的刀口，根据谱线颜色，间距和强弱等特征，可辨认各条谱线。（实验室备有高压汞灯光谱图）。是读数显微镜准线对准出射缝中心，转动鼓轮（注意顺着一个方向转动，如从红到紫），依次使各光谱线中心对准显微镜的准线，记下鼓轮读数（TT）与对应的波长（λ）。（如用光栅单色仪，这里的鼓轮读数TT对应于其上给出的波长）。

波长相同的各条出射光谱线之间是相互平行的，而 波长不同的各条光谱线之间是不平行的。
数据测量及定标曲线绘制---
1． 调节透镜，光源的高低及水平位置，使光线垂直照射到狭缝上， 并使入射光尽量的强。 2。初步设置入射狭缝的宽度。（不能闭合，也不能过宽） 3。将出射狭缝放宽，旋转鼓轮，先用眼睛直接寻找出射光， 4。看到出射光后再用显微镜观察，注意显微镜聚焦。根据双黄线调 节入射狭缝的宽度，使双黄线能清晰的分开。 5。以双黄线和绿线为基准，向两测寻找并辩别谱线（根据谱线的颜 色、波长差及强度）。 6．找到谱线后，缓慢地转动鼓轮(从数字小往大转），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(λ )，测量几次（转动方向相同），取其平均值。 7．以光谱线波长(λ )为横坐标，以鼓轮读数(L)为纵坐标画曲线即 得单色仪的定标曲线．向角？单色光实现最小偏向角 的条件是什么？
答：如图，一束平行单色光经棱镜折射，入射光和出射光之 间的夹角称为偏向角，当入射角等于出射角时（条件），偏 向角有最小值，称为最小偏向角。
思考题
5 如果在显微镜视场中看不到任何谱线，可能的原 因是什么？ 6 如果在显微镜视场中看到的谱线很模糊，想要得 到清晰，细锐的谱线，该如何调节仪器？ 7 如果看不到深红色的谱线，说明存在什么问题？ 该如何解决？
L
0
λ
注意:转动鼓轮时必须向同一个方向转。
１ 三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过 三棱镜？它是如何实现分光的？
答：三棱镜的分光原理不同波长的光的折射角不同，使不同 波长的光出射方向不同。
因平行光入射三棱镜时，各点光的入射角相同，使同一波长 的出射角就相同。
利用三棱镜的色散，使不同波长的光线从不同方向射出成为 单色光。