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光栅单色仪

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实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、钠灯

和灯的光谱了解单色仪的特点。

实验原理：

一.光栅单色仪的结构和原理

如下图所示，光栅单色仪由三部分组成：1、光源和照明系统，2、分光系

统，3、接受系统。单色仪的光源有：火焰、电火花、激光、高低压气体灯（钠

灯、灯等）、星体、等。

如下图所视，当入射光与光栅面的法线N的方向的夹角为φ（见图）时，

光栅的闪耀角为θ取一级衍射项时，对于入射角为φ，而衍射角为θ时，光栅方

。

程式为：

d(sinφ＋sinθ)=λ

因此当φ、θ一定时，波长λ与d成正比。几何光学的方向为闪耀方向，

则可以算出不同入射角时的闪耀波长，由于几何光学方向为入射角等于反

射角的方向，即φ−θb=−θ−(−θb)，所以有θ=2θb−φ，光栅方程式改为：

d(sinφ+sin(2θb−φ))=λ

单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm

光栅的面积64×64mm2

光栅的刻划密度为1200线/mm

二、狭缝宽度

缝宽过大时实际分辨率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小。最

f

λ

佳狭缝宽度为：a=0.86。其中f为抛物镜的焦距，D是由光栅和抛物镜

nD

的口径限制的光束的直径，实验中f＝500mm，D=64mm。

根据光学的理论知识可知，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色

散率和光谱分辨本领。根据光学的理论知识可以知道，光栅的特性主要有：

谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。理论上它们分别为：

λdθmλ

θ

d=D==R==mN

Ndcosθθ

dλdcosθdλ

式中N为光栅的总线数，在本实验中N为64×1200=76800，m为所用的

光的衍射级次，本实验中m=1。实验中由于光学系统的象差和调整误差，杂

散光和噪声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，所以实际的

谱线半角宽度远远大于理论值，因此光谱仪的实际分辨本领远远小于76800。

理论值的计算:

2

焦距f=500mm.光栅的面积64×64mm光栅的宽度D=64mm，光栅的刻划密度为

1200线/mm,

1、最佳狭缝宽度

f

λ

a=0.86=0.86×500×579.06/64nm=3.891