光栅光谱仪实验.ppt

近代物理实验;提要;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:γ射线(0.04nm以下),X射线(0.04～5nm),光学光谱(5nm～600μm),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γ射线能谱。; ; 光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 光谱仪：光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光???测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量和分析中最常用的仪器， ;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 ; WDS8A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 ;1. 光栅光谱仪结构示意图;衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件 ;光栅方程;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。 ;光栅G安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪。;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） ;有三个部分： 1 光学系统 2 电子系统 3 软件系统;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。;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。;2 电子系统 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；接受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个部分；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。;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。 ;WDS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”——“WDS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。; 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。 ;五 实验内容和步骤 ; 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0~2mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小。每旋转一