使用光学多道测量光谱实验报告解读

实验九 用光学多道分析器测波长WGD —6型光学多道分析器集光、机、电为一体,具有先进的自动化和智能化特点，仪器采用CCD （电荷耦合器件）作为接收单元，可以实时采集和三维显示，是研究光谱的理想设备，本实验着重学习使用光学多道分析器测波长。

[实验目的]1．了解光学多道分析器的结构和工作原理，学会调节和使用。

2．学会使用光学多道分析器的实验软件。

3．掌握用光学多道分析器测波长的方法。

4．测定氢、氦等光源的相关波长。

5．观察光源的稳定性（强度变化情况）。

[实验仪器]WGD —6型光学多道分析器，WGD —6型电控箱（光栅光谱仪电源，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单），CCD 接收系统，GY —8型多组放电灯，计算机。

[实验原理] 1．光学原理WGD-6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD 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，如图所示。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm 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成像在S2上。

S1M2M1M3S2GM4 S2M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm2．测量原理以已知波长的光源作为标准光源，利用WGD—6型光学多道分析器提供的硬件设备和软件系统，在某一中心波长区的同一界面上，至少选择两条已知波长的谱线作为定标依据，运用最小二乘法标出波长坐标的刻度值，以此作为测量其它谱线的标准具。

将已采集的同一中心波长的待测谱和标准谱同时显示在同一工作界面内，便可在已定标的标准谱的波长—强度（或通道—强度）坐标面内读取待测谱线的波长。

[实验内容及步骤]1．熟悉各仪器的结构及工作原理2．连接实验装置（1）将9芯联接电缆线的两头分别接在光栅光谱仪电源和光学多道分析器的9芯电机驱动接口上。

【摘要】光多道探测器（OMA）是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。

光学多道利用现代的光电技术—CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。

相对于传统的测量在效率上大大提高，这对于需要大量测量数据的实验来说是非常必要的。

【关键词】光学/ 多道仪/ 光谱/ CCD【引言】光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。

常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。

涉及的波段从x 射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。

本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。

光学多通道分析器是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。

它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。

本实验通过对汞灯定标和测量发光二极管的光谱从而达到了解光学多通道分析器的工作原理，理解光谱测量与分析的重要性，并掌握操作方法的目的。

传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不适应科学技术的发展和应用的需要。

20世纪60年代激光科学技术特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。

传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已逐渐被光学多道分析仪OMA（Optical Multi-channel Analyzer）所取代。

OMA是近十几年出现的采用光子探测器（CCD）和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集、处理、存储诸功能于一体。

由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理、测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量准确迅速、方便，且灵敏度高、响应时间快、光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机、绘图仪输出。

使用光学多道测量光谱【摘要】传统光谱仪的色散元件为棱镜和光栅，测量结果的准确性不高。

随着时间的发展，光谱仪的概念也在发展、变化。

本实验我们采用光学多道仪来测量未知光的光谱，可以直接从电脑上读出，非常方便。

利用已知Hg光的特征谱线的波长进行定标，然后利用所得的道数和波长的转换关系，测量钠光谱线的波长。

通过本实验，我们能了解到另一种测量光谱波长的实验方法，并能掌握光栅光谱仪的使用以及其中的一些原理和方法。

【关键词】光谱测量、电荷耦合器件（CCD）、光学多通道分析器（OMA）。

【引言】传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不再适应科学技术的发展和应用的需要。

20世纪60年代激光科学特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使得光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。

传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已经逐渐被光学多道分析仪OMA所取代。

OMA是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集、处理、存储等功能于一体。

【正文】CCD工作原理CCD是一种用耦合方式传输电荷量并用电荷量来表示光强大小的器件。

它具有自动扫描，光谱范围宽，动态范围大，体积小，功耗低，寿命长，可靠性高等优点。

将CCD一维线阵放在光谱面上，一次曝光就可获得整个光谱。

CCD 的结构如图所示，衬底是P 型Si ，硅表面是一层二氧化硅薄膜，膜上是一层金属作电极，这样硅和金属之间形成一个小电容。

如果金属电极置于高电位，在金属界面积累了一层正电荷，P 型半导体中带正电荷的空穴被排斥，只剩下不能移动的带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层，受主杂质离子因不能自由移动对导电作用没有任何贡献。

在耗尽层内或附近，由于光子的作用产生电子-空穴对，电子被吸引到半导体与SiO 2绝缘体的界面形成电荷包，这些电子可以传导的。

光学多道与氢氘同位素光谱作者：北师南乡子 实验日期： 2013年9月 指导教师：王海燕 【摘要】本实验先利用CCD 光学多道系统，通过对已知波长的氦、氖光谱进行定标测量氢光谱巴耳末系的谱线，然后用单色仪测量氢氘同位素光谱，得到氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢、氘的里德伯常量分别为R H =109685.07cm -1和R D =109715.98cm -1，同时通过计算得出了质子与电子质量之比为/p e m m =1783.18，与理论值1836.15相比误差为2.88%。

关键词：光学多道 、CCD 、氢氘光谱、光电倍增管一、 引言光谱学在原子分子物理、天文物理、等离子体物理、激光物理和材料物理等物理学科中有重要作用。

纵观整个光谱学史，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。

在1885年，瑞士物理学家巴耳末就发现了巴耳末公式，即可见光区氢光谱谱线波长的规律。

1892年美国物理学家尤雷等发现氢的同位素氘（D ）的光谱。

氢原子和氘原子的核外都只有一个电子，故光谱极为相似，但由于原子核质量的不同波长也有所差别，这种差别就称为“同位素位移”。

本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点， 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。

二、 实验原理在原子体系中，原子的能量状态是量子化的。

用1E 和2E 表示不同能级的能量，ε表示跃迁发出光子的能量，h 表示波尔兹曼常量，ν表示光子的频率，对于原子从低能级到高能级的跃迁我们有：21h E E εν==-，其中21E E hν-=（1） 由于原子能级的分立，频率ν也为分立值，在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”，这些频率由巴耳末公式确定：H 原子：2212111H H R n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ （2） 其中1n 和2n 为轨道量子数，H R 为氢原子的里德伯常数。

当1n =2，2n =3，4，5……时，公式（2）对应氢原子巴耳末系。

使用光学多道测量光谱摘要：本文介绍了电荷耦合器件〔CCD〕成像原理，以及光学多道分析器〔OMA〕多道快速检测和显示微弱光谱信号的方法，并利用汞灯的特征光谱线长进展定标，测量钠灯和氢氘灯的光谱，为分析金属种类和金属特征谱线长提供简便方法。

关键词：Hg光谱波长定标光栅多色仪传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不再适应科学技术的开展和应用的需要。

20世纪60年代激光科学特别是可调谐激光技术的开展，新型光谱探测元件及探测技术的开展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使得光谱测量技术的开展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的开展时期。

传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已经逐渐被光学多道分析仪OMA所取代。

它集信息采集、处理、存储等功能于一体。

CCD自1970年问世以后，开展迅速，应用广泛。

它具有自扫描，光谱范围宽，动态范围大，体积小，功耗低，寿命长，单色性高等优点，已应用于光谱分析仪器上，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光可获得整个光谱，且易于计算。

CCD图象器件用于OMA的仪器迅速增长，大大提高了光谱分析的精度和效率。

1.实验原理1.1电荷耦合器件〔CCD〕电荷耦合器件是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。

它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。

CCD 根本构造和MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。

如图1，硅外表有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。

这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅外表垂直的电场。

如果衬底是p 型Si，金属电极置于高电位，电场的方向那么从金属指向p 型半导体。

在金属界面积累了一层正电荷，p型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。

耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何奉献。

光学多道测量光谱【摘要】光学多通道分析器（Optical Multichannel Analyzer）简称OMA，是一种采用多通道快速检测和显示微弱光谱信号的电子光学仪器。

本实验使用汞灯与与汞的特征波长对光学多通道分析器进行定标。

并用定标后的仪器对钠光、氘光波长进行测量。

【关键字】多通道测量、CCD、光谱【正文】一、实验原理1、电荷耦合器件(CCD)电荷耦合器件(Charge—Coupled Device)是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。

它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、图1—8. （a）. p 型Si 表面附近的耗尽层, (b). p 型Si 表面附近的反型层.可靠性高等一系列优点。

自1970 年问世以来，发展迅速、应用广泛。

CCD 线列已用于光谱仪，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光就可获得整个光谱，并且易于与计算机连接。

面阵CCD 已用于电视摄像机和卫星遥感器。

CCD 基本结构和MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。

如图1—8，硅表面有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。

这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅表面垂直的电场。

如果衬底是p 型Si，金属电极置于高电位，电场的方向则从金属指向p 型半导体。

在金属界面积累了一层正电荷，p型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。

耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何贡献。

随着电压的增加，耗尽层将逐渐展宽。

在耗尽区内或附近，由于光子的作用产生了电子一空穴对，电场将电子吸引到半导体与绝缘体的界面。

这些导体中的电子是可以自由运动的，是参与导电的载流子，它们在界面形成了一个n 型半导体层。

它与原衬底的导电类型相反。

故称为反型层。

反型层内电子的数目取决于光生电子—空穴数的累积值，器件曝光时间越长，此电荷包中电子的数目就增多，耗尽层的宽度逐渐变窄。

使用光学多道测量光谱实验预习报告摘要光多道探测器（OMA）是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。

光学多道利用现代的光电技术—CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。

本文简单的阐述了光学多道仪的历史背景与发展前景，仪器的结构原理，以及实验的定标等基本问题。

关键词光学多道仪；光谱仪；吸收光谱正文光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。

常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。

涉及的波段从x射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。

本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。

光学多通道分析器是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。

它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。

本实验通过对汞灯定标和测量发光二极管的光谱从而达到了解光学多通道分析器的工作原理，理解光谱测量与分析的重要性，并掌握操作方法的目的。

一、历史背景1.光谱仪的发展光谱起源于17 世纪，1666 年物理学家牛顿第一次进行了光的色散实验。

他在暗室中引入一束太阳光，让它通过棱镜，在棱镜后面的自屏上，看到了红、橙、黄、绿、兰、靛、紫七种颜色的光分散在不同位置上——即形成一道彩虹。

这种现象叫作光谱。

这个实验就是光谱的起源，自牛顿以后，一直没有引起人们的注意。

到1802年英国化学家沃拉斯顿发现太阳光谱不是一道完美无缺的彩虹，而是被一些黑线所割裂。

1814 年德国光学仪器专家夫琅和费研究太阳光谱中的黑斑的相对位置时，把那些主要黑线绘出光谱图。

1826 年泰尔博特研究钠盐、钾盐在酒精灯上光谱时指出，发射光谱是化学分析的基础、钾盐的红色光谱和钠盐的黄色光谱都是这个元素的特性。

到1859 年克希霍夫和本生为了研究金属的光谱自己设计和制造了一种完善的分光装置，这个装置就是世界上第一台实用的光谱仪器，研究火焰、电火花中各种金属的谱线，从而建立了光谱分析的初步基础。

实验十 用光学多道分析仪研究光谱技术众所周知，常用的光谱涉及的波段从X 射线，紫外线，可见光，红外线，微波到射频波段。

所以光谱技术是研究物质微观结构的重要手段，它被广泛地应用于医学，生物，化学，地质考古，冶金等许多场所。

光谱实验的数据为了解原子、分子和晶体等精细结构提供了重要依据。

而光学多通道分析器是用平面光栅衍射的方法获得多级衍射光的仪器，用它可对给定波长范围的单色光进行光谱分析，与单缝，双缝衍射相比，平面光栅衍射具有衍射本领大，衍射光线亮，分辨率高等特点。

因而在特征谱线分析中有着广泛的应用。

本实验通过测量各种气体灯光的原子在可见光波段的发射光谱使大家了解光谱与微观结构（能级）间的联系和学习光谱测量的基本方法。

【实验目的】1．了解和学会使用光学多道分析仪。

2．通过光学多道分析仪分析氢、氮、氦、氖等光谱技术。

3．测量氢光谱的巴尔末系中H α、H β，H γ，H δ四种谱线的波长和里德伯常数。

【实验原理】衍射包括单缝衍射，双缝衍射和光栅衍射。

它们都可用来测量光波的波长，但由于单缝衍射，双缝衍射在各级衍射的分辨率与亮度存在矛盾，而光栅正好解决了两者间的矛盾，所以实验中大多采用平面光栅来做实验。

光栅一般分两类，一类是透射式(见图1)，另一类是反射式(见图2)。

透射式光栅是在一块平面透明的玻璃板上刻上平行，等间距又等宽的直痕，刻痕部分不透光，两刻痕间能透光，相当于狭缝。

相邻刻痕间的距离d 称为光栅常数。

反射式光栅是在镀有金属层的表面上刻划斜的平行等间距刻痕，斜面能反射光。

本实验用反射式平面光栅。

利用现代电子技术和计算机技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道分析与检测系统的基本框图如图3所示。

图3光学多通道分析与检测系统的基本框图入射光被多色仪色散后在其出射窗口形成某一波长范围的谱带。

位于出射窗口处的多通道CCD 将谱带的强度分布转变为电荷强弱的分布，由信号处理系统扫描并经A/D 变换后在计算机上显示出来。

光谱测量实验报告实验目的，通过光谱测量实验，掌握光的分光现象和光的波动性质，了解光的波长和频率的关系，以及实验中光的衍射和干涉现象。

实验仪器，光谱仪、白炽灯、钠灯、氢灯、氦灯、氖灯、氩灯、汞灯、太阳光。

实验原理，光谱是指将光线经过光栅或棱镜等光学仪器的作用后，分解成不同波长的光线，形成一系列连续或分立的光谱带。

根据光谱的不同性质，可以分为连续光谱和线状光谱两种。

连续光谱是由各种波长的光线组成的，线状光谱是由某些特定波长的光线组成的。

实验步骤：1. 将光谱仪放在实验台上，调整光谱仪的位置，使其与光源垂直。

2. 依次用白炽灯、钠灯、氢灯、氦灯、氖灯、氩灯、汞灯和太阳光作为光源，进行光谱测量实验。

3. 观察并记录不同光源的光谱现象，包括连续光谱和线状光谱的特点，以及各光谱带的位置和颜色。

实验结果：1. 白炽灯的光谱呈现连续光谱，包含了各种波长的光线，颜色由红至紫依次排列。

2. 钠灯的光谱呈现线状光谱，主要由黄色的双线组成。

3. 氢灯的光谱呈现线状光谱，包含了红、蓝、紫三条线。

4. 氦灯的光谱呈现线状光谱，包含了黄、橙、红三条线。

5. 氖灯的光谱呈现线状光谱，包含了红、黄、绿三条线。

6. 氩灯的光谱呈现线状光谱，包含了绿、蓝两条线。

7. 汞灯的光谱呈现线状光谱，包含了绿、蓝、紫三条线。

8. 太阳光的光谱呈现连续光谱，包含了各种波长的光线，颜色由红至紫依次排列。

实验分析，通过光谱测量实验，我们发现不同光源的光谱现象各有特点。

连续光谱的光线连续分布，而线状光谱则只包含特定波长的光线。

这说明不同光源发出的光具有不同的波长和频率，导致了它们在光谱上的表现形式不同。

通过观察和记录光谱现象，我们可以更加直观地了解光的波动性质和光的波长和频率的关系。

实验总结，光谱测量实验是一项重要的实验，通过实验我们可以直观地观察和记录不同光源的光谱现象，了解光的波动性质和光的波长和频率的关系。

同时，实验中我们还观察到了光的衍射和干涉现象，这些都为我们对光的本质和特性有了更深入的认识。

光学多道【摘要】本次实验利用光学多道分析仪，研究H 的同位素光谱，了解H 、D 原子谱线的特点，学习光学多道分析仪的使用方法及基本的光谱学技术。

本次实验首先利用CCD 进行测量，利用氦的光谱作为标准对H 光谱进行标定。

之后利用光电倍增管进行扫频，观察H 、D 谱线分裂。

利用所得谱线数据计算电子与质子质量比。

关键词：H 光谱、D 光谱、CCD 、光电倍增管一、引言光谱学在众多物理学科中占有极为重要的地位、在其他学科中也有重要应用。

光谱学史乃至近代物理学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。

1885年瑞士物理学家巴耳末就发现了可见光区H 光谱波长的规律，即巴耳末公式，这些谱线构成的谱线系称为巴耳末系。

由于H 原子和D 原子的核外都只有一个电子，故光谱极为相似。

但由于原子核质量不同，H 、D 对应的谱线的波长稍有差别，这种差别被称为“同位素位移”。

本实验利用光学多道分析仪研究H 的同位素光谱，了解H 、D 原子谱线的特点，学习光学多道分析仪的使用方法及基本的光谱学技术。

二、实验原理 1.原子能级及巴耳末系在量子化的原子体系中，原子能量状态⋯⋯21E E ，为一系列分立的值，每一个能量状态称原子的一个能级。

能量最低的状态称为原子的基态，高于基态的其余各能级称为原子的激发态。

处于高能级的原子，总是会自发跃迁到低能级，并发射出光子。

设光子能量为ε，频率为ν，高能级为2E ，低能为 1E ，则12-h E E ==νε （公式1） h-12E E =ν（公式2） 由于原子能级是分立的，所以当原子由高能级向低能级跃迁时，会发出一些特定频率的光，这些光在分光仪上表现为一条条分立的谱线，称为“线性光谱”或“原子光谱”。

这些频率由巴耳末公式确定。

对H 原子有）（1221n 1-n 11HHR =λ （公式3） 式中H R 是H 原子的里德伯常量。

当⋯⋯==，，4,3,2n 1n 时，所对应的线系为赖曼系，位于紫外光区；当⋯⋯==，，4,3,2n 2n 21时，所对应的线系为巴耳末系，大部分位于可见光区； 当⋯⋯=5,4,3n 1时，处于其他线系，都在红外光区。

学生姓名： 黄晨学号: 5502211059专业班级：应用物理111班级编号： S008 试验时间： 14：00 第 11周 星期 二 座位号： 教师编号： 成绩：氢氘光谱的测量一、实验目的1、测量氢氘光谱并与已知标准光谱比较2、测量电子与质子质量比二、实验原理1、氢原子的能级在原子体系中，原子的能量状态是量子化的，每一个能量状态称原子的一个能级。

能量最低的状态称为原子的基态，高于基态的其余各能级称为原子的激发态。

处于高能级的原子，总是会自发跃迁到低能级，并发射出光子。

设光子能量为ε，频率为υ，高能级为2E ，低能为 1E ，则2121,E E h E E hευυ-==-= （1） 而由于原子能级的分立，所以当原子由高能级向低能级跃迁时，会发出一些特定频率的光，这些光在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”。

这些频率由巴耳末公式确定。

对H 原子有：2212111H H R n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ （2） 式中H R 是H 原子的里德伯常量。

当122,3,4,5n n == 时，光谱大部分位于可见光区，对应线系为巴尔末系，即 22111,3,4,52H H R n n λ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭ （3） 与H 类似，D 的巴耳末系的公式为：22111,3,4,5...2D D R n n λ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭（4） 式中D R 为D 原子的里德伯常量。

由（3）（4）两式，可以得到H 、D 的波长差为：1221111,3,4,5...2H D H D n R R n λλλ-⎛⎫⎛⎫∆=-=--= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （5） 由上式可以看出，H 、D 的光谱之间的差别就在于它们的里德伯常量不同。

究其原因，这学生姓名： 黄晨学号: 5502211059专业班级：应用物理111班级编号： S008 试验时间： 14：00 第 11周 星期 二 座位号： 教师编号： 成绩：是因为二者的原子核结构不同。

H 核是质子，D 核则由一个质子和一个中子构成的。

使用光学多道测量光谱摘要：本文介绍了电荷耦合器件（CCD）成像原理，以及光学多道分析器（OMA）多道快速检测和显示微弱光谱信号的方法，并利用汞灯的特征光谱线长进行定标，测量钠灯和氢氘灯的光谱，为分析金属种类和金属特征谱线长提供简便方法。

关键词：Hg光谱波长定标光栅多色仪传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不再适应科学技术的发展和应用的需要。

20世纪60年代激光科学特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使得光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。

传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已经逐渐被光学多道分析仪OMA所取代。

它集信息采集、处理、存储等功能于一体。

CCD自1970年问世以后，发展迅速，应用广泛。

它具有自扫描，光谱范围宽，动态范围大，体积小，功耗低，寿命长，单色性高等优点，已应用于光谱分析仪器上，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光可获得整个光谱，且易于计算。

CCD图象器件用于OMA的仪器迅速增长，大大提高了光谱分析的精度和效率。

1.实验原理1.1电荷耦合器件（CCD）电荷耦合器件是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。

它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。

CCD 基本结构和MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。

如图1，硅表面有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。

这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅表面垂直的电场。

如果衬底是 p 型 Si ，金属电极置于高电位，电场的方向则从金属指向 p 型半导体。

在金属界面积累了一层正电荷，p 型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。

耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何贡献。

用光学多道分析器研究氢原子光谱摘要：光谱是光的频率和强度的分布关系图，是研究物质微观结构的一个重要途径。

在本实验中，使用光学多道分析器来测量氢原子的巴耳末系的,,,H H H H αβγδ的波长，并利用所测波长计算里德伯常量。

关键词：氢原子光谱、汞灯定标、光学多道分析器、巴耳末系、里德伯常量实验目的：1：测定氢原子巴耳末系发射光谱的波长的氢的里德伯常量。

2：了解氢原子能级与光谱的关系，画出氢原子的能级图。

3：了解光学多道分析器的原理和使用方法。

实验原理：根据玻尔理论，氢原子的能级公式为()()432021,1,2,,=81/1836.15e e e em e E n n m M h n m M Mm μμε=-=+ 其中称为约化质量，为电子质量，为原子核质量，氢原子的为。

电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量h ν为两能级间的能量差()()(),h E m E n m n ν=->，如以波数1/σλ=表示，则上式为()()()()2211H E m E n T n T m R hc n m σ-⎛⎫==-=- ⎪⎝⎭，式中H R 为氢原子里德伯常量，()T n 称为光谱项，它与能级()E n 是对应的，从H R 可得氢原子各能级的能量()21H E n R ch n=- ，式中1584.1356710eV s, 2.9979210/h c m s -=⨯⋅=⨯。

从3m ≥至2n =的跃迁，光子的波长位于可见光区，其光谱符合规律()2211,3,4,5,2H R m m σ⎛⎫=-=⎪⎝⎭，这是巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系，氢原子的莱曼系位于紫外，其他线系均位于红外。

实验仪器：光学多道分析器是利用现代电子技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道检测系统。

多色仪及光源部分的光路见图1，图1光源S 经透镜L 成像于多色仪的入射狭缝S 1,，入射光经平面反射镜M 1转向90 ，经球面镜M 2反射后成为了平行光射向光栅G ，衍射光经球面镜M 3和平面镜M 4成像于观察屏P 。

光学多道测量光谱物理071班 陈文龙 07180118摘要: 利用光学多道分析系统，在已知光谱的情况下，分析可见光区的Hg 的特征谱线，采用Hg 的404nm 和579nm 进行线性定标，然后得到道数与波长的转换关系。

然后利用所得到的道数与波长的转换关系，通过纳光的光谱来测量纳光的波长。

在此基础上，通过实验了解光栅光谱仪的组成及工作原理，掌握光栅光谱仪分析光谱的方法。

关键词：光学多道、光谱、定标、道数、特征谱线引言:光谱学是光学的一个分支学科，主要研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用。

各种光由于产生条件的不同，它们的光谱都具有各自的特征。

通过对光谱的研究人们可以得到：原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面的信息。

传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不适应科学技术的发展和应用的需要。

20世纪60年代激光科学技术特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。

传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已逐渐被光学多道分析仪OMA 所取代。

正文：1、实验原理光学多通道分析仪原理为平行光束入射到平面光栅G （光栅平面的方位可由精密机械调节）时，将发生衍射，衍射时有光栅方程：sin ,0,1,2d k k θλ==±±式中d 是光栅常数，λ是入射光波长，k 是衍射级次，θ为衍射角。

由光栅方程可知，当光栅常数d 一定时，不同波长的同一级主最大，除零级外均不重合，并且按波长的大小，自零级开始向左右两侧，由短波向长波散开。

每一波长的主最大，在光栅的衍射图样中都是很细、很锐的亮线。

由dsinθ=kλ可知，级次间距对应cos ,/(cos )d d θθλθλθ∆=∆=，当角度θ较小的时，角度间隔∆θ最小，当角度θ增加时，角度间隔∆θ增加。

光学测量实验报告光学测量实验报告引言：光学测量是一种基于光的性质和原理进行测量的方法。

它广泛应用于各个领域，包括物理学、化学、生物学、医学等。

本次实验旨在通过实际操作，探索光学测量的原理和技术，并对实验结果进行分析和解释。

实验一：折射率的测量折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值。

利用光的折射现象，我们可以测量出不同介质的折射率。

实验中，我们使用了一束光通过不同介质的光程差测量方法来测量折射率。

首先，我们将一束光射入一个介质中，观察光束的折射角度，并通过斯涅尔定律计算出折射率。

实验结果表明，不同介质的折射率存在差异，这与介质的光密度有关。

实验二：光的干涉光的干涉是光波相互叠加产生干涉条纹的现象。

实验中，我们使用了光的干涉现象来测量薄膜的厚度。

通过将一束光照射到薄膜上，观察干涉条纹的变化，我们可以计算出薄膜的厚度。

实验结果表明，薄膜的厚度与干涉条纹的间距呈线性关系，这为测量薄膜厚度提供了一种简便有效的方法。

实验三：光的衍射光的衍射是光波在通过孔径或者物体边缘时发生弯曲和扩散的现象。

实验中，我们通过光的衍射现象来测量物体的尺寸。

通过将一束光照射到物体上，观察衍射图样的变化，我们可以计算出物体的尺寸。

实验结果表明，物体的尺寸与衍射图样的大小呈正相关，这为测量微小物体的尺寸提供了一种非接触、高精度的方法。

实验四：光的偏振光的偏振是指光波中的电场矢量只在一个特定平面上振动的现象。

实验中，我们通过光的偏振现象来测量材料的性质。

通过将一束偏振光照射到材料上，并观察透射光的偏振状态，我们可以判断材料的光学性质。

实验结果表明，不同材料对光的偏振状态有不同的响应，这为材料的光学特性研究提供了一种便捷的方法。

结论：通过本次实验，我们深入了解了光学测量的原理和技术。

光学测量作为一种重要的测量方法，在科学研究和工程应用中发挥着重要作用。

通过掌握光学测量的原理和技术，我们可以更准确地测量和分析光学现象，为科学研究和工程设计提供可靠的数据支持。