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單色儀調(diào)整及其使用第一頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀的用途從復(fù)色光源中提取單色光測(cè)量復(fù)色光源的光譜:研究目的—物質(zhì)的輻射特性,光與物質(zhì)的相互作用,物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(原子分子能級(jí)結(jié)構(gòu)),遙遠(yuǎn)星體的溫度、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度和方向。應(yīng)用范圍—采礦、冶金、石油、燃化、機(jī)器制造、紡織、農(nóng)業(yè)、食品、生物、醫(yī)學(xué)、天體與空間物理(衛(wèi)星觀測(cè))等等。第二頁,共二十頁,2022年,8月28日光譜學(xué)發(fā)展史1、形成階段:1666年牛頓在研究三棱鏡時(shí)發(fā)現(xiàn)將太陽光通過三棱鏡太陽光分解為七色光。1814年夫瑯和費(fèi)設(shè)計(jì)了包括狹縫、棱鏡和視窗的光學(xué)系統(tǒng)并發(fā)現(xiàn)了太陽光譜中的吸收譜線(夫瑯和費(fèi)譜線)。2、研究室和應(yīng)用階段:1860年克?;舴蚝捅旧鸀檠芯拷饘俟庾V設(shè)計(jì)成較完善的現(xiàn)代光譜儀—光譜學(xué)誕生。由于棱鏡光譜是非線性的,人們開始研究光柵光譜儀。第三頁,共二十頁,2022年,8月28日光柵與棱鏡相比棱鏡的工作光譜區(qū)受到材料的限制(光的波長(zhǎng)小于120nm,大于50m時(shí)不能用)光柵的角色散率與波長(zhǎng)無關(guān),棱鏡的角色散率與波長(zhǎng)有關(guān)。棱鏡的尺寸越大分辨率越高,但制造越困難,同樣分辨率的光柵重量輕,制造容易。光柵存在光譜重疊問題而棱鏡沒有。光柵存在鬼線(由于刻劃誤差造成)而棱鏡沒有。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)第四頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀的結(jié)構(gòu)和原理PMTM2GM1S1:入射狹縫S2:出射狹縫M1:離軸拋物鏡G:閃耀光柵M2:反光鏡PMT:光電倍增管S1S2圖1三部分—光源和照明系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和接收系統(tǒng)第五頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀的照明系統(tǒng)光源:火焰(燃燒氣體:乙炔、甲烷、氫氣)電火花、電?。娀鸹òl(fā)生器)、激光、高低壓氣體燈(鈉燈、汞燈等)、星體、太陽第六頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀的接收系統(tǒng)—光電倍增管第七頁,共二十頁,2022年,8月28日光電倍增管的工作原理和使用注意事項(xiàng)利用光電子發(fā)射效應(yīng)和二次電子發(fā)射效應(yīng)制成的光電器件。光電倍增管是電流放大元件,具有很高的電流增益,因而最適合于微弱信號(hào)的檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快和噪音低。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作電壓高、體積大。使用光電倍增管應(yīng)當(dāng)了解它的特性,如它的頻率特性、時(shí)間特性、暗電流和噪聲特性,還有穩(wěn)定性及對(duì)環(huán)境的要求等。注意事項(xiàng):(1)負(fù)高壓450伏(光電倍增管加的電壓為負(fù)高壓)先開電源再開高壓(關(guān)時(shí)一定要相反)。(2)一般在半小時(shí)后陽極電流達(dá)到穩(wěn)定(暗電流)。(3)輸入光信號(hào)不可過強(qiáng),光陰極面不可直接暴露在光照下(特別是在加了電壓的情況下,否則將燒毀光電倍增管)。(4)為了盡可能降低噪聲在不使用光電倍增管的時(shí)候要擋住入射光。第八頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀的分光系統(tǒng)—矩形光柵第九頁,共二十頁,2022年,8月28日入射光垂直矩形光柵時(shí)衍射光強(qiáng)的分布公式:
a為光柵透光部分的寬度,N為光柵的總周期數(shù)d為光柵的周期,為衍射角單縫衍射因子干涉因子第十頁,共二十頁,2022年,8月28日單色光的光柵光強(qiáng)分布的曲線透光縫寬:a=0.01mm光柵周期:d=0.02mm光柵的總條數(shù):N=4透光縫寬:a=0.01mm光柵周期:d=0.03mm光柵的總條數(shù):N=100第十一頁,共二十頁,2022年,8月28日光柵方程式d為光柵周期,為入射角,為衍射角,m為衍射級(jí)次,為光的波長(zhǎng)。描述各個(gè)干涉因子主極大的位置第十二頁,共二十頁,2022年,8月28日光柵的色散原理分辨本領(lǐng)譜線的半角寬度光柵的角色散本領(lǐng)光柵的光譜分辨本領(lǐng)理論分辨本領(lǐng)計(jì)算實(shí)例:m=1,N=64mm1200/mm=76800第十三頁,共二十頁,2022年,8月28日閃耀光柵的原理-nNbn為刻槽面法線方向N為光柵面法線方向?yàn)楣饩€的入射角為光線的衍射角
b
光柵的閃耀角-b
角度的符號(hào)規(guī)定(順時(shí)針為正)第十四頁,共二十頁,2022年,8月28日入射角與閃耀波長(zhǎng)的關(guān)系幾何光學(xué)的方向能量最大:m=1一級(jí)閃耀波長(zhǎng)為5o,10o,30o587,600.5,606.3(nm)d=1/1200mm第十五頁,共二十頁,2022年,8月28日光強(qiáng)曲線第十六頁,共二十頁,2022年,8月28日單色儀狹縫寬度的討論1、設(shè)照明狹縫的光是完全非相干的(即每一點(diǎn)為獨(dú)立的點(diǎn)光源)。2、設(shè)狹縫為無限細(xì),由衍射理論可知譜線的半寬度為:3、當(dāng)狹縫a逐漸變寬時(shí)的變化如下圖所示:
a/anw0狹縫的最佳寬度第十七頁,共二十頁,2022年,8月28日狹縫寬度與分辨率、譜線強(qiáng)度的關(guān)系由上圖可見縫寬過大時(shí)實(shí)際分辨率下降,縫寬過小時(shí)出射狹縫上得到光強(qiáng)太小,取a=an最好。a/anRI1第十八頁,共二十頁,2022年,8月28日鈉原子的光譜光譜公式(里德堡常數(shù)R)
主線系589.0nm/589.6nm銳線系616.0nm/615
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