单色仪的实验目的

    单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，把一束复色光分解成它的“单色”组成。单色仪依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。单色仪运用的光谱区很广，从紫外、可见、近红外一直到远红外。对于不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜或光栅。

 

    实验目的

 

    1.了解棱镜单色仪的构造原理和使用方法。2.对单色仪在可见光区进行定标。

 

    仪器用具

 

    反射式棱镜单色仪、白炽灯、电源变压器、汞灯、钠灯、滤光片。

 

    实验原理

 

    WDF型反射式棱镜单色仪光学系统如图5.7-1，从光源发出的光束均匀地照亮入射狭缝1S，1S位于反射准光镜1M的焦面上，通过1S入射的光束经过1M反射后成为平行光束投向平面反射镜M，再被反射而进入色散棱镜P，如果入射光为复色光，则通过棱镜后即按波长分解为不同折射角的单色平行光束，反射物镜2M将这些单色平行光束汇聚于焦面上构成光谱，位于该焦面上的出射狭缝2S缝宽较小，把谱线限制在一定狭窄的区间内，使只对色散棱镜构成最小偏向角的光束能够射出。

 

    色散棱镜P与平面反射镜M的组合，称为瓦兹渥斯色散系统(Wadsworth)。

 

    所示，棱镜P和平面反射镜M安装在同一转台上一齐转动，转动的轴就是棱镜顶角等分面与底边的交线(通过O，垂直于图面)。一般地，M上的入射光和经棱镜折射后的单色平行光之间的夹角为定值，且有关系式

 

    在瓦兹渥斯色散装置中，由于M的反射面与棱镜顶角等分线相垂直，即0

 

    90，所以0，因此满足最小偏向角的光线通过这种色散装置之后仍平行于原来的入射线，相互之间仅发生一定的平移。这样转动转台，当角增大时波长短的单色光可以射出;当角减小时波长长的单色光可以射出。棱镜转动的位置有鼓轮刻度标志，因每一鼓轮刻度都和一定的单色光的波长相对应，因而只要有了单色仪的定标曲线——鼓轮刻度与光谱波长之间的对应曲线(又称色散曲线)就可以从鼓轮读数确定出射光的波长。

 

    WDF型反射式棱镜单色仪狭缝的工作范围为03mm，读数鼓轮上的刻度每格0.01mm，旋转读数鼓轮推动杠杆臂，就可以使色散系统相对于投影系统旋转，而在出射狭缝的后方得到不同波长的单色光束的扫描。

 

    单色仪定标曲线的标定是借助于已知线光谱源进行，为了获得较多的点，必须要有一组光源，通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、铁、锌做电极的弧光光源等。

 

    本实验选用高压汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域(400.0760.0nm)进行定标。在可见光波段，高压汞灯主要谱线的波长和相对光强如表5.7-1。

 

    实验内容及操作步骤

 

    1.观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节和读数方法，以及狭缝使用注意事项。由于两个缝的宽度直接影响出射光的强度和单色性，因此实验过程中应根据需要选择适当的缝宽。

 

    2.在入射狭缝前放置汞灯，点亮汞灯照射入射狭缝。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(1S、1M)的光轴上。

 

    调整的方法：(1)将入射狭缝和出射狭缝开大，将光源移至1S前半米以外的位置，从出射狭缝处朝单色仪内观察，可看见光源清晰的像，调节光源的位置，使光源的像正好位于2M的中央。(2)使入射狭缝缝宽减小到50m，在入射狭缝与光源之间加入会聚透镜，适当选择透镜的焦距和口径，以使光源既成像于1S上，又能够使其相对孔径与仪器的相对孔径(1:7)相同。这样，既可使出射谱线获得最大的亮度，又减少了仪器内部的杂散光。

 

    调节会聚透镜的位置，并用一块毛玻璃置于出射狭缝处，使毛玻璃上呈现的谱线最清晰明亮。

 

    3.将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝2S的刀口调焦，使显微镜视场中观察到的谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝1S尽可能小，出射缝2S可适当大些，根据可见光区汞灯主要谱线波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。

 

    4.使显微镜的十字叉丝先对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到谱线中心依次对准叉丝时，分别记录鼓轮读数(L)和与其对应的谱线波长()，重复测量三次，取其平均值。

 

    5.以谱线波长为横坐标，鼓轮读数L为纵坐标画曲线，即得单色仪的定标曲线。

 

    表5.7-1汞灯主要光谱线波长表

 

    单色仪实验注意事项

 

    狭缝是单色仪的精密元件，要特别小心使用，旋转测微螺旋调整缝宽时，动作要慢，切勿使狭缝的二刀口相碰，即不允许使测微螺旋读数为小于零。