光栅单色仪的调整和使用

1 光栅单色仪的调整和使用 1666年牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜太阳光分解为七色光。1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并发现了太阳光谱中的吸收谱线（夫琅和费谱线）。1860年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计成较完善的现代光谱仪—光谱学诞生。由于棱镜光谱是非线性的，人们开始研究光栅光谱仪。光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以从发出复合光的光源（即不同波长的混合光的光源）中得到单色光，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分析。棱镜单色仪和光栅单色仪的优缺点的比较是：棱镜的工作光谱区受到材料的限制，光的波长小于 120nm，大于 50m时不能用棱镜分光。光栅的角色散率与波长无关，棱镜的角色散率与波长有关。棱镜的尺寸越大分辨率越高，但制造越困难，同样分辨率的光栅重量轻，制造容易。可是光栅存在光谱重叠问题而棱镜没有。光栅存在鬼线（由于刻划误差造成）而棱镜没有。本实验的目的是了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、钠灯和汞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 如图 1 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（燃烧气体：乙炔、甲烷、氢气）、 电火花、电弧（电火花发生器）、激光、高低压气体灯（钠灯、汞灯等）、星体、太阳等。 PMT M2 G M1 S1：入射狭缝 S2：出射狭缝 M1：离轴抛物镜 G：闪耀光栅 M2：反光镜 PMT：光电倍增管 S2 图 1 单色仪的组成 光源 透镜 分光系统 接收系统 图 2 光栅单色仪的分光系统 S1 2 光栅单色仪的分光系统如图2 所示，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M1 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。图2 所示为李特洛式系统，这种系统结构简单、尺寸小、象差小、分辨率高，更换光栅方便。 分光系统中的光栅是闪耀光栅，以磨光的金属板或镀上金属膜的玻璃板为坯子，用劈形钻石尖刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面形成光栅，由于光栅的机械加 工 要 求 很高，所以一般使用的光栅是该光栅复制的光栅，它可以将...