光栅光谱仪实验-原子分子物理技术及应用-教学课件.ppt
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1、近代物理实验近代物理实验光栅光谱仪实验光栅光谱仪实验提要提要 实验背景 实验目的 实验仪器 实验原理 思考问题 注意事项1.光谱:光谱:按一定次序排列的彩色光带。按一定次序排列的彩色光带。2.2.光谱分类:光谱分类:(1 1)按照波长划分)按照波长划分:射线射线(0.04nm(0.04nm以下以下),X),X射线射线(0.04(0.045nm),5nm),光学光谱光学光谱(5nm(5nm600m),600m),微波波谱微波波谱(1mm(1mm1m)1m)。通常所说的光谱仅指光学光谱。通常所说的光谱仅指光学光谱。(2 2)按其外形划分)按其外形划分:连续光谱、带光谱和线光:连续光谱、带光谱和线光
2、谱。谱。(3 3)按照电磁辐射的本质划分)按照电磁辐射的本质划分:分子光谱、原:分子光谱、原子光谱、子光谱、X X射线能谱和射线能谱和射线能谱。射线能谱。实验实验背景背景 光 谱发射光谱定义:由发光体直接产生的光谱连续光谱产生条件:炽热的固体、液体和高压气体发 光形成的光谱的形式:连续分布,一切波长的光都有线状光谱产生条件:稀薄气体发光形成的光谱光谱形式:一些不连续的明线组成,不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)吸收光谱定义:连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生条件:炽热的白光通过温度较白光低的气体后,再色散形成的光谱形式:用分光镜观察时,见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱
3、线相对应)3.3.光谱的特点及成因:光谱的特点及成因:1.1.了解光栅光谱仪的工作原理了解光栅光谱仪的工作原理2.2.掌握利用光栅光谱仪进行测量掌握利用光栅光谱仪进行测量 的技术的技术 实验实验目的目的 WGD-8AWGD-8A型组合式多功能光栅光谱型组合式多功能光栅光谱仪仪 计算机计算机 氘灯、钠灯、汞灯等各种光源氘灯、钠灯、汞灯等各种光源 实验实验仪器仪器1.光栅光谱仪光栅光谱仪结构结构示意图示意图由由入入射射狭狭缝缝S1S1、准准直直球球面面反反射射镜镜M1M1、光光栅栅G G、聚焦球面反射镜聚焦球面反射镜M2M2以及输出狭缝以及输出狭缝S2S2构成构成。实验实验原理原理光光栅方程方程为
4、为入射角,入射角,为为衍射角,衍射角,其中:其中:衍射角度随波衍射角度随波长长的的变变化关系,称化关系,称为为光光栅栅的角色散特性,的角色散特性,当入射角当入射角给给定定时时,可以由光,可以由光栅栅方程方程导导出:出:复色入射光进入狭缝复色入射光进入狭缝S1S1后,经后,经M2M2变成复色平行光照变成复色平行光照射到光栅射到光栅G G上,经光栅色散后,形成不同波长的平行上,经光栅色散后,形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射,光束并以不同的衍射角度出射,M2M2将照射到它上面将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2S2上,再由上,再由S2S2后面后面的电
5、光探测器记录该波长的光强度。的电光探测器记录该波长的光强度。在使用在使用单单色色仪时仪时,对对波波长进长进行行扫扫描是通描是通过过旋旋转转光光栅栅来来实现实现的。通的。通过过光光栅栅方程可以方程可以给给出出射波出出射波长长和光和光栅栅角度之角度之间间的关系(如的关系(如图图所示)所示)其中:其中:为为光光栅栅的旋的旋转转角度,角度,为为入射角和衍射角之和的一半,入射角和衍射角之和的一半,为为一常数。一常数。对给定的单色仪来说,对给定的单色仪来说,M1准光准光镜、M2物物镜、M3转镜、G平面衍射平面衍射光光栅、S1入射狭入射狭缝、通、通过旋旋转M3选择出射出射狭狭缝S2或或S3从而从而选择接收器
6、件接收器件类型,出射狭型,出射狭缝为S2则为光光电倍增管或硫化倍增管或硫化铅、钽酸酸锂、TGS等接收器件;出射狭等接收器件;出射狭缝为S3则为CCD接收器件。接收器件。光学系统光学系统光谱仪光学系光谱仪光学系统采用统采用C-T型,型,如图所示:如图所示:入射狭入射狭缝、出射狭、出射狭缝均均为直狭直狭缝,宽度范度范围02mm连续可可调,光源,光源发出的光束出的光束进入入射狭入入射狭缝S1,S1位于反射式位于反射式准光准光镜M2的焦面上,通的焦面上,通过S1射入的光束射入的光束经M2反射成平反射成平行光束投向平面光行光束投向平面光栅G上,衍射后的平行光束上,衍射后的平行光束经物物镜M2成像在成像在
7、S2上,或上,或经物物镜M2和和M3平面平面镜成像在成像在S3上。上。光源系光源系统为仪器提供工作光源,可器提供工作光源,可选氘灯、灯、钨灯、灯、钠灯、灯、汞灯等各种光源。汞灯等各种光源。3 软件系件系统软件系件系统主要功能有:主要功能有:仪器系器系统复位、光复位、光谱扫描、描、各种各种动作控制、作控制、测量参数量参数设置、光置、光谱采集、光采集、光谱数数据文件管理、光据文件管理、光谱数据的数据的计算等。算等。WDSWDS系列多功能光栅光谱仪的控制操作由计算机操系列多功能光栅光谱仪的控制操作由计算机操作和手工操作来完成。单色仪的入射狭缝宽度、出作和手工操作来完成。单色仪的入射狭缝宽度、出射狭缝
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