光栅单色仪物理实验报告

实验报告

陈杨PB05210097 物理二班实验题目:光栅单色仪的调整和使用实验目的:

1. 了解光栅单色仪的原理结构和使用方法。

2. 通过测量钨灯，钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。实验内容：

单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm 光栅的面积64 64mm 2 光栅的刻划密度为1200 线/mm 1.钨灯发出的光波长与光强的关系

(1) 光电倍增管加-450V 的高压

480612560

490667614

500737653

510780672

520831679

530873663

540915628

550943579

(3) 透过率的规律：由原始数据可得下图

(4) 下表为相应波长的滤光片透过率

(5)相关分析:

可以看出，滤光片的透过率随入射光的波长变化而变化。波长位

于中间时，透过率比较大，本次实验中约为75% ；本次实验中，波长介于500nm 和550nm 之间时透过率随波长增大明显减小。

可以用薄膜干涉来解释：这里认为膜的折射率大于其两侧介质

(空气)的折射率，对膜的两个表面的反射光来说，是有半波损失的

此两束相干光若干涉相消，则可以增大透射光线的强度。光程差

2nh=m λ时干涉相消（m= ±1，±2，?）。对膜而言，折射率和厚度都是一定的，所以干涉级数和波长

北京科技大学实验报告

单色仪

实验目的：

(1)了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。

(2)测量平面光栅单色仪的分辨本领。

(3)利用单色仪测量干涉滤光片的光谱透射率曲线。

实验仪器：

平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光灯、测试仪、光电倍增管、干涉滤光片等。

实验原理：

1.平面光栅单色仪的结构原理

光学系统主要由以下三部分组成：

（1）入射准直部分由入射狭缝S

1和抛物凹面镜M

1

组成，用以产生

适用于光栅衍射的平行光束。

（2）色散系统平面光栅G构成色散系统，达到分光以后产生各种波长单色光的要求。

（3）出射聚焦系统由抛物凹面反射镜M

1、平面反射镜M

2

和狭缝S

2

组成。由光栅色散系统产生的单色光经由M

1和M

2

反射作用后会聚至出射狭

缝S

2

，产生窄光束的单色光。

2. 单色仪主机电路

仪器主机内主要是步进电动机信号发生器电路，用来控制步进电动机的转动。

3.光电倍增管及测光仪

广电倍增管是把微弱的输入光转换成电子，并使电子数获得倍增的电真空器件。当光信号强度发生变化时，阴极发射出的光电子数发生相应的变化，由于各倍增极因子基本保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化。

4.滤光片

滤光片对不同波长的投射能力不一样。当波长为λ，光强I

(λ)的单色

光垂入射在滤光片上时，透过滤光片的

实 验 报 告 评分：

11 系 09 级 学号 PB09210340 姓名 张宇鹏 日期 2011-04-09

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

不同单色仪的探究

摘要：

本文综合介绍了不同种类的单色仪以及各自的原理，并且对棱镜单色仪和光栅单色仪的优缺点进行了一些比较，最后对单色仪的现状进行了一些阐述，对单色仪中存在的一些问题进行了简单归纳。

关键词：棱镜单色仪，光栅单色仪，单色仪比较

1666年，牛顿在研究三棱镜时发现太阳光通过三棱镜后被分解成了七色光。1814年，夫琅禾费设计了一套包括棱镜、狭缝和视窗的光学系统并观察了太阳光谱中的吸收谱线。1860年，克希霍夫和本生为研究金属光谱而设计了较完善的现代光谱仪，标志着光谱学的诞生。如今光谱分析已经是现在研究物理光学的主要分析手段，在科研和生产等方面发挥着极大的作用。在光谱分析中，无论是对于荧光光谱，还是穿透吸收光谱，还是拉曼光谱的研究，获得单色光是不可缺少的手段。除了单色光源外、颜色玻璃和干涉滤光片外，单色仪也是一种获得单色光的途径。

单色仪是一种通过色散、衍射等方法将紫外、可见和红外的光谱区里的复合光分解成不同波长的单色光。按照不同的分类标准，单色仪可以分为很多种。常用的单色仪分为光栅单色仪和棱镜单色仪。光栅单色仪按光束入射方式可分为正入射、掠入射和投射单色仪；按光学系统分布可分为罗兰圆和非罗兰圆；按衍射光栅面型可分为平面、球面和环面

光栅光谱仪实验报告

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

?

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C ＣＤ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

光栅衍射实验报告

4.10光栅的衍射

【实验目的】

(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;

(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

【实验原理】

衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1．测定光栅常数和光波波长

光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于

光栅衍射实验报告

4.10光栅的衍射

【实验目的】

(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;

(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

【实验原理】

衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1．测定光栅常数和光波波长

光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于

大学物理实验报告系列之衍射光栅,大学物理实验报告,包括数据及数据处理。衍射光栅性质的研究等等,缺少什么给我说,我这都有。

大学物理实验报告

大学物理实验报告系列之衍射光栅,大学物理实验报告,包括数据及数据处理。衍射光栅性质的研究等等,缺少什么给我说,我这都有。

4.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量 根据方程(40-1)式可知，若已知入射光在某一级某一条光谱线的波长值，并测出该 谱线的衍射角 ,就可以求出所用光栅的光栅常数 d。反之，若已知所用光栅的光栅 常数，则可由(40-1)式测出光源发射的各特征谱线的波长。 角的测

量可由分光 计进行。

由公式

65 28 '

65 26 '

65 17 '

65 42 '

65 44 '

65 45 '

1 S 2 S1 S ' 2 S '1 分别求出 ,填入表格中。 4

由公式 d sin k 求得

【实验内容】d1 光栅常数与光波波长的测量 (1)以绿色光谱线的波长 = 546.07nm 为已知。测出其第一级(k = 1)光谱的衍 射角 。 为了消除分光计的偏心差， 应同时读出分光计左、 右两游标的读数。 k = +1 对 时，记下 S1、S2;对 k = -1 时，记下 S1′、S

超声光栅 实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.实验目的

（1）了解超声光栅的原理和使用；

（2）利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度。

2.实验仪器

GSG—1 型超声光栅声速仪、超声发生器（工作频率9~13MHz）、换能器、液槽、JJY-1’型分光仪（物镜焦距f = 168mm）、测微目镜（测微范围8mm）、放大镜、待测液及光源（钠灯或汞灯）等。

二、实验原理

介质受到超声波周期性的扰动，其折射率也将发生变化，此时光通过这种介质，就像透过投射光栅一样，这种现象称为超声致光衍射，把这种载有超声波的透明介质称为超声光栅。利用超声光栅可以计算超声波在透明介质中的速度。

设超声波在液体中以平面波形式沿x方向，在x方向液体中波的形式如下：

y1 = Amcos[2π·( )]

式中，y1为偏离平衡位置的位移量；Am为振幅，Ts为超声波周期，λs为超声波波长。

若在垂直x方向有一反射平面，则超声波被平面反射后沿x反方向传播，有如下方程：

y2 = Amcos[2π·( )]

当正反两方向的平面波叠加形成驻波时，平衡位置的偏移量为

y = y1+y2 = 2Amcos2πcos2π

超声波形成驻波

测量光栅常数

得分

教师签名

批改日期

一,实验设计方案

1,实验目的1.1,了解光栅的分光特性; 1.2,掌握什么是光栅常数以及求光栅常数的基本原理与公式; 1.3,掌握一种测量光栅常数的方法.

2,实验原理2.1,测量光栅常数 光栅是由许多等宽度a(透光部分) ,等间距b(不透光部分)的平行缝组成 的一种分光元件.当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时,则透过各狭缝的 光线因衍射将向各方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一 系列间距不同的明条纹.根据夫琅和费衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下 式决定: (a+b)sinφk=kλ(k=0,±1,±2,…) (2.1.1)

式中a+b=d称为光栅常数,k为光谱级数,φk为第k级谱线的衍射角.见图2.1.2, k=0对应于φ=0, 称为中央明条纹, 其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧. 如果入射光不是单色光,则由式(2.1.1)可知,λ不同,φk也各不相同, 于是将复色光分解.而在中央k=0,φk=0处,各色光仍然重叠在一起,组成中 央明条纹.在中央明条纹两侧对称地分布k=1,2,…级光谱线,各级谱线都按波 长由小到大,依次排列成一组彩色谱线,如图2.1.2所示.