光谱法测量透明介质的吸收曲线讲述.docx

PAGE  PAGE 9 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应物11-1 姓名： 史湘伟 同组者： 石盼盼 教师： 闫向宏 光谱法测量透明介质的吸收曲线 【实验目的】 1、了解光栅光谱仪的构造原理及其使用方法。 2、加深对介质光谱特性的了解。 3、掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。 【实验原理】 当一束光穿过有一定厚度的透明介质平板时，有一部分光被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光从介质平板透射出来。 设有一束波长为、入射光强为的单色平行光垂直入射到一块厚度为的透明介质平板上，如图3-2-1所示。如果从界面1反射的光强为，从界面1向介质透射光的光强为，在界面2处的入射光强为 ，从界面2射出的透射光的光强为 ，则定义介质板的光谱外透射率和介质的光谱透射率分别为 （3-2-1） （3-2-2） 以上提到的、、和是指光在界面1和2上，以及在介质中多次反射和透射的总效果。 一般来说，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。我们将光谱透射率与波长的关系曲线称为透射曲线。依据朗伯-比耳定律，在均匀介质内部光谱透射率与介质厚度有如下关系 （3-2-3） 式中称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。吸收系数不仅与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数与波长的关系曲线称为吸收曲线。 设光垂直入射到厚度为的介质上，光要从介质前后表面发生反射。如果值很小，反射可以进行多次。若介质表面的反射系数为，则透过样品的光强为 （3-2-4） 式中、、 … 分别表示从界面2第一次透射、第二次透射、第三次透射…的光的光强。所以 （3-2-5） 通常介质的光谱透射率和吸收系数是通过测试由同一材料加工成的（相同），表面性质相同（相同），但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为和，＞，光谱外透射分别为和。由（3-2-5）式可得 一般和都很小，故上式可近似为 （3-2-6） 即 （3-2-7） 比较（3-2-6）式和（3-2-3）式，可得 （3-2-8） 实验中的A型光栅光谱仪采用光电倍增管（附录3-2-1）测量光谱的光强。在合适的条件下，光电倍增管输出的光电流与入射光的光强成正比，因而利用光电流的输出值，就可由下式计算光谱透射率和吸收系数 （3-2-9） （3-2-10） 式中和分别表示试样厚度为和时光电流的大小。 【实验装置】 型组合式光栅光谱仪；汞灯及汞灯电源；溴钨灯及溴钨灯电源；镨钕玻璃3片（厚度分别为1mm和2mm） 【实验内容】 1、光谱仪的调节和波长示值的修正 2、测量镨钕玻璃在500~660nm之间的吸收曲线 3、观察和测量镨钕玻璃的典型吸收峰（300nm~660nm） 4、测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线 【注意事项】 1、实验中调整光路较为困难，要求必须仔细，动作要轻，严禁用手触摸镜面； 2、声光频移器及冷却铜块不得拆卸； 3、各单元电路必须正常接线； 4、切勿带电触摸激光器电源及电极； 5、仪器使用完毕后，必须用防尘罩将其盖好； 【数据记录及处理】 1、光谱仪的调节和波长示值的修正 汞灯标识值测量曲线： 表 1 汞灯的四条谱线的波长记录表 1234标准波长/nm432.8546.1577.0579.1实测波长/nm432.9543.3574.1576.2 2. 观察和测量镨钕玻璃的典型吸收峰（300nm~660nm） 关闭汞灯，用溴钨灯换下汞灯，将溴钨灯直接安装在光谱仪入口狭缝（S1）前，并将待测的较薄（1mm）的一片镨钕玻璃垂直放入样品室内，保持原有狭缝宽度不变，进行测量。 较薄镨铷玻璃300nm-660mm时吸收图： 3．测量镨钕玻璃在500~660nm之间的吸收曲线 由于和 表2 镨钕玻璃的典型吸收峰峰值 　 1mm镨铷玻璃2mm镨铷玻璃Ti 　500175.8157.30.89480.111510148.5105.50.71040.342520160.2118.20.73780.30453