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1、单色仪的定标与滤光片光谱透射率的测定【实验目的】1了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法；2 以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标;3 掌握用单色仪测定滤光片光谱透射率的方法。【实验仪器】反射式棱镜单色仪，汞灯，硅光电池，灵敏电流计，低倍显微镜，滤光片,会聚透镜，毛玻璃【实验原理】单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光 作用，把复色光分解成它的单色组成。根据采用色散 元件的不同，可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类, 其应用的光谱区很广，从紫外、可见、近红外一直到 远红外。对不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜 或光栅。若采用石英棱镜作为色散棱镜，主要应用于 紫外光谱区，并用光电
2、倍增管作为探测器；棱镜材料用NaCI、LiF或KBr等，则可用于广阔的红外光谱区，用真空热电偶等作 为光探测器。本实验为玻璃棱镜单色仪，仅适用于可见光 区，用人眼或光电池作为光探测器。图 1 所示为反射式棱镜单色仪的结构示意图，其 外壳是圆形的，下方有驱动棱镜台转动的丝杆和读数鼓轮，外侧装有缝宽可调的入射狭缝 S和出射狭缝S2。其光学系统由下列三部分组成：1 入射准直系统由入射狭缝S和凹面镜M组成，因S固定在M的焦面上，它使Si发出的入射光束经M后成为平行光束。2. 瓦兹渥斯（Wadsworth）色散系统由玻璃棱镜P和平面镜M联合组成一整体，安装在同图1一转台上，可以绕通过0点垂直于图面的轴线
3、（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. 出射聚光系统由凹面镜M和出射缝S2组成，它将色散后沿不同方向传播的单色光经 M反 射后，会聚在M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。随着棱镜台绕 0轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也跟着改变， 当最小偏向角由小变大时，从 S输出的单色光的波长将依此由长变短。单色仪 能输出不同波长的单色光， 是依赖于棱镜台的转动而实现， 棱镜台的位置是由鼓 轮刻度标志的，而鼓轮刻度的每一数值都和一定波长
4、的单色光输出相对应。 因此， 必须制作单色仪的鼓轮读数和对应光波波长的关系曲线定标曲线 （又称色散 曲线），一旦鼓轮读数确定，便可从定标曲线上查知输出单色光的中心波长。练习一 单色仪的定标单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅， 但经过长期使用 或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。单色仪的定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。为了获得较多的点，必须有一组光源。通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、 铁做电极的弧光光源等。本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400nn 760nm进 行定标。在可见光波段，汞灯主要谱线的相对强度
5、和波长如图2及表1所示。表1汞灯主要谱线波长表色 颜度 强强中弱色 紫弱中强色 绿 蓝强中中弱弱色 绿强弱强强色 黄弱弱色 橙弱弱色 红中中色 红 深中弱tt;:JG f)G ten tiTLES【实验内谷】1 观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用 时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。2 在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置 在入射准直系统（S和M）的光轴上。使入射狭缝减小到 5O-m，再在光源与入 射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相 对口径（1:7）匹配。这样，可获得最大亮度的出射
6、谱线，同时又减少了仪器内 部的杂散光。调节聚光透镜的位置，用一块毛玻璃置于出射狭缝处，使毛玻璃上呈现的谱线最明亮。mor3.将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝S进行调 焦，使显微镜视场中观察到的 汞谱线最清晰。为使谱线尽量 细锐并有足够的亮度，应使入射缝Si尽可能小，保证汞灯的 两条黄色的亮谱线分开，出射狭缝可适当大些。根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间 距辨认谱线。并选表1中打“ * ”者为定标谱线。4 使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，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）。为了避免回程差，应采用从紫光
7、到红光（或相反）的过程，重复测量 几次，取其平均值。5以光谱线波长（，）为横坐标，鼓轮读数（L）为纵坐标画曲线，即能得 到单色仪的定标曲线。练习二用单色仪测定滤光片的光谱透射率当波长为，、光强为I0（ ）的单色光束垂直入射于透明物体上时，由于物体对不同波长的光的透射能力不同，透过物体后的光强（）也不同。通常定义物体的光谱透射率TC）为T()It（）1。（）若以白炽灯为光源，出射的单色光由光电池接收，用灵敏电流计显示其读数, 则出射的单色光所产生的光电流io（）与入射光强（J、单色仪的光谱透射率 TN）和光电池的光谱灵敏度S（）成正比，即io( J=kIo()To()S() 式中k为比例系数。若
8、将一光谱透射率为T（）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iT（）二 klT（）To（）S（） =kIo（）T（）To（）S（）由以上两式可得T( )二It（）1。（）iT() iTTj本实验要求用单色仪测定滤光片的光谱透射率 T（），作出TC ）- 曲线，并宽度一一透射率 波长范围。求出光谱透射率的半源用白炽灯，它的发 谱。选择适当的缝宽 S可适度改变）。排好实验仪器，光射光谱是连续光（S应尽量的小，2 转动鼓轮，使单色仪输出中心波长为 690nm不加滤光片，记录电流计 偏转格数io（）（调节S使其尽量大），加上滤光片时偏转为 bC）。求滤光片对 该波长的透射率T（）。
9、3 继续转动鼓轮，使输出中心波长从 690nm向紫光区移动，每隔一定的波 长间隔（约20nm）测量一次，求出透射率T（）并记录波长o4作T（）-曲线，求出光谱透射率的半宽度。也可选用汞灯作为光源，分别测出 435.84nm, 491.60nm（或496.03nm），546.07nm, 576.96nm（或579.07nm），623.44nm五条谱线滤光片的透射率，重复以 上过程。5 注意事项：（1）狭缝是单色仪的精密元件，使用时要特别小心。旋转测微螺旋时，操 作要慢些，减小狭缝宽度时，切勿使狭缝的二刀口相碰，即不允许螺旋读数小于 零。（2）入射缝Si的光经棱镜折射后，在出射狭缝S2平面上形成S
10、i的象是弯曲 的，定标时显微镜的叉丝应对准弯曲谱线的中部。（3）因棱镜色散不均匀和探测器光谱灵敏度的限制，测定透明介质的光谱透射率时，当测量从长波段向短波段改变时，应适当增加缝宽（可增加Si的缝宽，为什么？），使电流计有较大的偏转。（4）应选取低内阻的灵敏电流计（为什么？）。注意防止强光照射光电池。（5）若选用汞灯作为光源，测量任一谱线的透过率时，应使S2的宽度较小（0.1mm，对 不同谱线，其强度及探测器光谱灵敏度不同， 应改变S的宽度，保证不加滤光片时检流计偏 转格数尽量大（如2/3满偏）。【思考】1 如发现单色仪定标曲线上相对于已知波长的鼓轮刻度L偏离了八L ,能否将原定 标曲线平移 L后继续使用，为什么？2.证明瓦兹渥斯色散装置（图4）的光束恒偏向特性，即，二-胃。
