單色儀的定標
引言：單色儀廣泛應用於生產生活中，其中光柵單色儀被廣泛應用在科研、生產、質控等環節。無論是穿透吸收光譜，還是螢光光譜，拉曼光譜，如何獲得單波長輻射是不可缺少的手段。
由於現代單色儀可具有很寬的光譜範圍（uv- ir），高光譜解析度（到0.001nm）,自動波長掃瞄，完整的電腦控制功能極易與其他周邊裝置融合為高效能自動測試系統，使用電腦自動掃瞄多光柵單色儀已成為光譜研究的首選。
然而，單色儀在使用一段時間後，會出現測量偏差，故要對單色儀進行定標。以保證其使用的準確性。
實驗目的與要求
1.掌握調節光路準直的基本方法和技巧。
2.掌握單色儀的工作原理和正確使用方法。
實驗原理：
光柵單色儀
實驗採用wdg-300型光柵單色儀。它的結構如圖2所示，光束從入射縫s1入射後照射到平面反射鏡m1上，再經過凹面鏡m2的反射變成平行光束照射到光柵g上，不同波長的光束經過光柵後按不同的衍射角散射，再經過凹面鏡m3的會聚後通過出射縫出射，此時只有某一波長的光束能出射。光柵g通過傳動槓和鼓輪相連，轉動鼓輪，光柵g也會隨之轉動，從而能使不同波長的光束出射。
實驗內容
1.光路調整
■用水平儀調整單色儀水平。
■調節光源的位置。將光源直接照射到入射縫上，調整光源使得從出射縫處能用肉眼觀察到光源的像（可轉動鼓輪改變像的顏色，選擇柔和點的顏色如黃色），輕微調節光源的位置使光源的像位於凹面鏡**，此時光源在單色儀準直系統的光軸延長線上。■調節會聚透鏡的位置。
調整完畢後再放入會聚透鏡，調節光源和會聚透鏡的位置使光源準確成像在入射縫上，像的大小要略大於入射縫。這時，從出射縫看進去，凹面鏡應該被均勻照亮（入射縫此時要開的小些），如左右不均勻，可適當調節會聚透鏡的左右位置，直至單色儀中聚光鏡被均勻照亮為止。
2.確定入射縫和出射縫的實際零點
■入射縫零點的確定。先將入射縫關閉（注意動作要緩慢，以免損壞光縫），並將鼓輪轉至對眼睛最靈敏綠光所相應刻度處。逐漸開啟入射縫，眼睛在出射縫出觀察，當眼睛發現單色儀內有光的瞬間，立即停止放寬，記下入射縫上的刻度值，這就是入射縫的實際零點。
■出射縫零點的確定。用會聚透鏡將光源成像在入射縫上，在出射縫出放上讀數顯微鏡，改變讀數顯微鏡的位置，使得能看清出射縫刀口和出射譜線。固定顯微鏡位置，將出射縫關到最小後，再逐漸開啟出射縫；當在顯微鏡中看到有光的瞬間，立即停止放寬出射縫，記下出射縫刻度值，即得出射縫的實際零點。
3.製作ttλ曲線
■用高壓汞燈作光源，按上述實驗內容1調整好光路後，用讀數顯微鏡在出射縫出觀察譜線。實驗時，將入射縫開的窄些（以看到的譜線清晰細銳為準），出射縫適當開的大些（約1mm），在顯微鏡中可以同時看到幾條譜線和出射縫的兩邊的刀口，根據譜線顏色，間距和強弱等特徵，可辨認各條譜線。（實驗室備有高壓汞燈光譜圖）。
是讀數顯微鏡準線對準出射縫中心，轉動鼓輪（注意順著乙個方向轉動，如從紅到紫），依次使各光譜線中心對準顯微鏡的準線，記下鼓輪讀數（tt）與對應的波長（λ）。（如用光柵單色儀，這裡的鼓輪讀數tt對應於其上給出的波長）。
4.製作δλ/δsλ曲線
■在可見光範圍內，以兩條接近的譜線，作為一組線對。比如兩條紫色譜線404.66nm和407.
70nm，兩條藍色譜線433.92nm和435.85nm,兩條青色譜線491.
61nm和496.03nm，兩條黃色譜線576.96nm和579.
07nm,兩條橙色譜線607.27nm和612.34nm,兩條紅色譜線671.
64nm和690.75nm。測量時可將出射縫開的大些，轉動鼓輪使各線對依次出現在讀數顯微鏡中，用讀數顯微鏡測出線對間距δs，即可製作δλ/δsλ曲線。
實驗資料記錄：
一、 未加透鏡時的像
在出射口看汞燈的像，調節顏色至黃色，看見有兩個圓角矩形邊框，小的為汞燈邊框的像，大的為凹面鏡邊框，調節光軸即移動汞燈直至汞燈像位於凹面鏡中間。
將像調至人眼較為容易辨認的黃色光
二、 測零點
入射縫零點測得值為：-0.005mm
出射縫零點測得值為：0.030mm
三、 測tt-λ曲線 (1/4估讀)
斜率為0.9996≈1 可見tt與λ近似為1:1關係
不確定度： ==0.0764nm
四、 測δλ/δsλ曲線
斜率k=3.73202*10-4近似等於零
可知δλ/δs與λ無關，切近似為定值。
不確定度：
實驗現象記錄：
改變入射縫寬度，寬度越寬，亮度愈大，光譜會稍微變粗，寬度越窄，亮度變小，光譜線稍微變細。
改變出射縫寬度，寬度越寬，在光譜沒有完全露出的情況下亮度變大，完全露出後亮度不變，反之變小，光譜寬度幾乎不變。
實驗結果分析：
tt~λ曲線的斜率δλ/δtt符合關係：
在δθ較小時，
g是槓桿長度，
f是物鏡焦距。
所以，δs/δtt為定值，又由於實驗測得δλ/δtt為定值，故可知δλ/δs為定值，與λ無關。
思考題：
1、測量入射縫和出射縫的零點時應注意什麼問題？
答：聚焦光要略大於入射縫，且要中心與入射縫中心重合。
2、單色儀定標時，入射縫寬和出射縫寬應如何選取？
答：入射縫要小一些，這樣可以使成像更加細小可查，出射縫要寬，這樣可以看清譜線分布，也方便用讀數顯微鏡測出譜線對間距δs。
3、會聚透鏡尺寸和焦距有何要求？
答：最佳狹縫寬度為：an=0.86λ/fd。其中f為拋物鏡的焦距，d是由光柵和透鏡的口徑限制的光束的直徑。所以f、d不能過小。
4、稜鏡單色儀和光柵單色儀有何不同？
答：光柵單色儀適用範圍更廣，可到達短波，色散效能要優於稜鏡。
參考文獻：
1、《基礎物理實驗》沈元華，陸申龍高等教育出版社
2、《物理光學實驗》楊之昌，馬秀芳復旦大學出版社
3、《光學》母國光人民教育出版社
4、《幾何光學實驗》楊之昌上海科技出版社
5、《普通物理實驗指導》陳懷林，邵義全北京大學出版社
6、《普通物理實驗》楊樹武高等教育出版社
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