使用光学多道测量光谱近代物理实验报告

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1、近代物理实验报告使用光学多道测量光谱学院数理与信息工程学院班级物理091姓名陈孝章学号09180120时间2011年11月20日使用光学多道测量光谱指导老师：范晓珍【摘要】光学多通道分析器（OpticalMultichannelAnalyzer）简称OMA，是一种采用多通道快速检测和显示微弱光谱信号的电子光学仪器。它能方便地给出各种待测光谱的光谱曲线和光谱数据，可用于快速光谱分析及各种光谱研究。光学多通道分析器是由光学多色仪、并行检测器及其控制器和数据处理台（专用的微型电子计算机及其输出显示用的荧光屏）等三大部分组成。光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，

2、它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质和考古等部门。常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。涉及的波段从x射线、紫外光、红外光到微波和射频波段。本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。【关键词】光学多道光谱分析测量摄谱仪【引言】问题的提出：用摄谱法分析光谱时，需要用感光板在暗室中拍摄，然后冲洗，再逐条测量，整个实验过程费时费事，可否应用现代光电技术对传统摄谱法分析光谱的技术进行改进？应用现代光电技术对传统摄谱仪进行改进，会产生什么优缺点？【正文】1.实验原理：光学多通道分析仪原理为平行光束入射到平面光栅G

3、（光栅平面的方位可由精密机械调节）时，将发生衍射，衍射时有光栅方程：式中d是光栅常数，λ是入射光波长，k是衍射级次，θ为衍射角。由光栅方程可知，当光栅常数d一定时，不同波长的同一级主最大，除零级外均不重合，并且按波长的大小，自零级开始向左右两侧，由短波向长波散开。每一波长的主最大，在光栅的衍射图样中都是很细、很锐的亮线。由dsinθ=kλ可知，级次间距对应，当角度θ较小的时，角度间隔∆θ最小，当角度θ增加时，角度间隔∆θ增加。所以光谱排列并非按角度θ线性分布。当角度θ较小时可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次、3次、或4次

4、定标，在本实验中，我们采用线性定标。定标：是指在相同的衍射级次（一般取第1级次）下，采集已知谱线，然后对已知谱线定标，随即将横坐标由CCD的通道转化为波长；在已定标的波长坐标下，采集未知的谱线，可直接通过读取谱线数据、读取坐标数据或寻峰的方式获取未知谱线的波长。定标和采集未知谱线必须有相同的基础，那就是起始波长（或中心波长）。在本实验中的起始波长或中心波长是一个参考数据，是通过转动光栅到某一个位置来实现的，但由于是机械转动，重复性比较差，因此需要定标。定标也是有误差的。定标使用谱线位置的远近，以及采用的是几次定标，都会影响到数据的准确性。WGD-6型光学多

5、通道分析器由光栅单色仪、CCD接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元及计算机组成（结构见下图）。它集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体，可用于分析300nm－900nm范围内的光谱。WGD-6型光学多通道分析器原理图CCD传感器是WGD-6型光学多通道分析器数据采集部分的核心，也是整个系统的关键所在，它的作用是将衍射光谱转换成电信号。CCD全称电荷耦合器件(Charge—Coupled Device)是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。

6、自1970年问世以来，发展迅速、应用广泛。CCD线列已用于光谱仪，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光就可获得整个光谱，并且易于与计算机连接。面阵CCD已用于电视摄像机和卫星遥感器。CCD的工作过程是：当CCD受到光照后，各个CCD单元内贮存的电荷量与它的曝光量成正比；若给它施加特定时序的脉冲，其内部单元存贮的信号电荷便能在CCD内作定向传输、实现自扫描，进而将由光照感生的电荷依次传送出去。WGD-6型光学多通道分析器数据采集部分的另一个作用是将线阵CCD输出的模拟电压信号转换成数字电压信号，并存储在外部RAM中。这样数据就成为计算机能够读取的有效数据了。计算

7、机处理部分的功能是控制整个系统工作，将数据由外部RAM中读入、并保存在内部RAM并作分析、处理，最后计算出结果并根据要求显示和打印。因此对于计算机的使用是本次实验的关键，实验之前必须把软件的说明仔细阅读，同时对于计算机与光学多通道分析器的连接线路也应该仔细研究。最后考虑到数据量可能比较大，我们需要耐心等待实验结果并且尽量不干扰仪器获得的数字电压信号及原始数据。这是整个实验仪器装置图2.实验流程：（1）摆放好Hg灯，使光源聚集在多色仪的缝上，适当调节狭缝的宽度，但是必须使缝宽在0.2～2mm的范围内，不可超过2mm以免损坏仪器。（2）打开CCD的电源，再打开

8、计算机及计算机上相应的光学多道分析软件。考虑到背景光线的影响，按下