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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,近代物理实验,光栅光谱仪实验,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：,按一定次序排列的彩色光带。,2.,光谱分类：,（,1,）按照波长划分,:,射线,(0.04nm,以下,),X,射线,(0.04,5nm),光学光谱,(5nm,600m),微波波谱,(1mm,1m),。通常所说的光谱仅指光学光谱。,（,2,）按其外形划分,：连续光谱、带光谱和线光谱。,（,3,）按照电磁辐射的本质划分,：分子光谱、原子光谱、,X,射线能谱和,射线能谱。,实验,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（与特征谱线相对应）,3.,光谱的特点及成因：,1.,了解光栅光谱仪的工作原理,2.,掌握利用光栅光谱仪进行测量,的技术,实验,目的,WGD-8A,型组合式多功能光栅光谱仪,计算机,氘灯、钠灯、汞灯等各种光源,实验,仪器,1.,光栅光谱仪,结构,示意图,由入射狭缝,S1,、准直球面反射镜,M1,、光栅,G,、聚焦球面反射镜,M2,以及输出狭缝,S2,构成,。,实验,原理,光栅方程,为入射角，,为衍射角，,其中：,衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，,当入射角给定时，可以由光栅方程导出：,复色入射光进入狭缝,S1,后，经,M2,变成复色平行光照射到光栅,G,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，,M2,将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝,S2,上，再由,S2,后面的电光探测器记录该波长的光强度。,在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅,来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅,角度之间的关系（如图所示）,其中：,为光栅的旋转角度，,为入射角和衍射角之和的一半，,为一常数。,对给定的单色仪来说，,M1,准光镜、,M2,物镜、,M3,转镜、,G,平面衍射光栅、,S1,入射狭缝、通过旋转,M3,选择出射狭缝,S2,或,S3,从而选择接收器件类型，出射狭缝为,S2,则为光电倍增管或硫化铅、钽酸锂、,TGS,等接收器件；出射狭缝为,S3,则为,CCD,接收器件。,光学系统,光谱仪光学系统采用,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,M2,成像在,S2,上，或经物镜,M2,和,M3,平面镜成像在,S3,上。,光源系统为仪器提供工作光源，可选氘灯、钨灯、钠灯、汞灯等各种光源。,3,软件系统,软件系统主要功能有：仪器系统复位、光谱扫描、各种动作控制、测量参数设置、光谱采集、光谱数据文件管理、光谱数据的计算等。,WDS,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、出射狭缝宽度和负高压（光电倍增管接收系统）不受计算机控制用手工设置以外，其它的各项参数设置和测量均由计算机来完成。,WGD,系列多功能光栅光谱仪器系统操作软件根据型号不同和接收仪器不的同配有,PMT,操作系统和,CCD,操作系统。每一系统均可采用快捷键和下拉菜单来进行仪器操作。,3.1 PMT,操作系统,3.1.1,开机与系统复位,确认光栅光谱仪已经正确连接并打开电源。,在,WONDOWS,操作系统中，从“开始”,“,程序”,“WGD,系列光栅光谱仪”中执行相应的,PMT,可执行程序，或双击桌面上的快捷方式，启动系统操作程序。,在系统初始化过程后应有波长复位正确的提示，然后按“确定”进入系统操作主界面。,软件系统,参数设置,即根据测量需对系统参数进行相应的参数设置。,光谱扫描,根据当前参数设置对当前光谱进行记录。,数据处理,-,读取数据,读取当前图谱的横、纵坐标数据，可选择,列表方式或光标读取方式。,3.1.4,退出系统与关机,当系统测试结束后，将出射、入射狭缝调节至,0.1mm,左右，若有负高压系统，则将负高压调节至零。点击菜单栏中“文件,退出系统”，按照提示关闭电源退出仪器操作系统。,2,、接收单元,WDS,系列多功能光栅光谱仪根据仪器型号的不同配有光电倍增管、,CCD,、硫化铅、钽酸锂、,TGS,等不同接收单元。,注意，若采用光电倍增管作为接收单元，不一定要在光电倍增管加有负高压的情况下，使其暴露在强光下（包括自然光）。在使用结束后，一定要注意调节负高压旋钮使负高压归零，然后再关闭电控箱。,3,、狭缝调节,仪器的入射狭缝和出射狭缝均为直狭缝，宽度范围,02mm,连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小。每旋转一周狭缝宽度变化,0.5mm,，最大调节宽度为,2mm,。为延长使用寿命，狭缝宽度调节时应注意最大不要超过,2mm,。仪器测量完毕或平常不使用时，狭缝最好调节到,0.1mm05mm,左右。,4,、电控箱的使用,电控箱包括电源、信号放大、控制系统和光源系统（氘灯和钨灯可选件，不包括在光谱仪器的标准配置中）。在运行仪器操作软件前一定要确认所有的连接线正确连接且已经打开电控箱的开关。,零点波长校正,检查仪器波长准确度可用氘灯（标准值为,486.0nm,和,656.1nm,）、钠灯（标准值为,589.0nm,和,589.6nm,）、汞灯（标准值为,404.7nm,、,435.8nm,、,546.1nm,、,577.0nm,、,579.0nm,）以及其它已知光谱线的来源来进行。,例：用氘灯谱线校准,利用氘灯的两根谱线的波长值（标准值为,486.0nm,和,656.0nm,）来进行校准仪器。根据能量信号大小手工调节入射狭缝和出射狭缝，扫描氘灯光谱。如果波长有偏差，用“零点波长校正”功能进行校正。,6,、分别扫描不同光源的光谱,调节光源，使其在单色义的波长范围内有最大的输出。根据测量对系统参数进行相应的设置。根据测量学要对出射、入射狭缝宽度进行相应的设置。按“,3,软件系统”进行操作。,思考题,:,WGD,系列多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪主机、扫描系统、接收单元、信号放大系统、,A/D,采集单元和计算机组成。,实验仪器各部分名称和作用,本实验测量哪些数据,电子系统由电源系统、接收系统、信号放大系统、,A/D,转换系统和光源系统等部分组成。,电源系统为仪器提供所需的工作电压；接收系统将光信号转换成电信号；信号放大器系统包括前置放大器和放大器两部分；,A/D,转换系统将模拟信号转换成数字信号，以便计算机进行处理；光源系统为仪器提供工作光源，可选氘灯、钨灯、钠灯、汞灯等各种光源。,
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