清华大学物理实验报告-光的吸收曲线测定

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1、用单色仪测定介质的吸收曲线精41刘涛2004010493一、实验目的1.了解单色仪的构造原理并掌握其使用；2.加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质吸收曲线或透射曲线的原理和方法；3.初步了解光电池的工作原理及其应用。二、实验原理设有一束波长为λ、入射光强为Io的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，如图5.1所示。如果从界面1射回的反射光的光强为IR，从界面1项介质内透射的光的光强为I1，入射到界面2的光的光强为I2，从界面2处设的透射光的光强为IT，则定义介质板的光谱外透射率T和介质的光谱透射率Ti分别为T=

2、IT/I0（5.1）Ti=I2/I1（5.2）这里的IR、I1、I2和IT都是光在界面1和2上以及介质中多次反射和折射的总效果。特长，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质有关，而且与入射光的波长有关。光谱折射率Ti与波长λ的关系曲线称为透射曲线。在介质内部，光谱透射率Ti与介质厚度d有如下关系：（5.3）α称为介质的线性吸收系数，吸收系数不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。α与λ的关系曲线称为吸收曲线。设光在单一界面上的反射率为R，则透射光的光强为（5.4）式中IT1，IT2，…分别表示光从界面2第一次透射，第二次透

3、射……的光的光强。所以（5.5）通常，介质的光谱透射率Ti和吸收系数是通过存量由同一材料加工成的、表面性质相同但厚度不同的两块式样的光谱外透射率后计算得出的。设两块式样的厚度分别为d1和d2，d2>d1，光谱外透射率分别为T1和T2。由式（5.5）可得一般R和α都很小，故上式可近似为（5.6）所以（5.7）比较式（5.6）和（5.3）可知：Ti=T2/T1（5.8）本实验中采用光电池和微电流放大器测量光强。光电流经微电流放大器后由数字表直接显示其数值，所以读出数值后就可计算光谱透射率和吸收系数，即Ti=n2/n1（5.9

4、）（5.10）式中，n1和n2分别表示式样厚度为d1和d2时微电流放大器上数字表的示数。一、实验装置WDM1型光栅单色仪：W——单色仪；J——微电流放大器；L——聚光透镜；H——光电池；P——汞灯及电源；B——样品架；F——溴钨灯及电源；K——单色仪调节手轮及波长读数装置二、实验任务1.单色仪的调节和波长示值的校准1)利用汞灯做光源校准单色仪波长示值校准时，将单色仪的波长读数装置转到示值在577.0nm~579.1nm之间的某一位置。将汞灯放在入射狭缝前，狭缝S1、S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2

5、上汞的黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两条谱线分开直至谱线达到最细。关小出射狭缝，同时微调手轮，是其中一条谱线始终在出射狭缝中间，使狭缝与谱线同宽，读出此时单色仪的示值。转动手轮度下一条谱线。测完汞灯谱线，检查测量值与标准值之差，即仪器系统误差（≤0.2nm）。2)调节狭缝宽度单色仪校准完毕后，为了下面的测量需对狭缝宽度重新调整。将单色仪的波长鼓轮转到示值在577.0nm~579.1nm之间的某一位置。将出射缝S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2上汞的两条黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝。

6、调节入射狭缝S1的宽度，直到两条谱线的像刚好被分开为止，此时入射狭缝宽约0.8mm。再调节出射狭缝S2的宽度，同时微调手轮，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时出缝与入缝同宽，约0.8mm，显微镜的读数每大格0.5mm。3)溴钨灯光路调节已调好的狭缝宽度保持不变，为了减少单色仪的光能损失，提高透光效率，根据实验室给出的数据，计算出聚光透镜的位置。聚光镜的通光孔径d=30mm，焦距f=60mm，单色仪球面镜的光阑宽度D=50mm。为使球面镜的孔径D充分照明，两个相似三角形应有关系d/D=a/b。使聚光镜靠近光源可提高光源发光立体

7、角的利用率。1.测量钕玻璃在610.0nm~508.0nm范围内的吸收曲线用溴钨灯做光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线斜入射造成光能损失。手轮调到610.0nm，用眼睛直接通过出缝S2观察透镜像，在计算出的位置左右移动透镜，使透镜像位于狭缝中间，锁定透镜。左右移动溴钨灯使透镜像全部变亮。放上样品架，记准无样品及薄、厚样品处于狭缝中间时的位置。装上探测仪，打开微电流放大器，微动溴钨灯，使微电流放大器显示值最大。调节灯丝电流，使微电流放大器示值在170.0~190.0之间。数据测量：选定一片厚的钕玻璃

8、片，然后定性观察钕玻璃对不同波长的吸收情况，确定吸收峰的大致波长位置。然后进行正式测量。每隔1nm测一次，在吸收峰附近测量点应更密些。测量范围610.0nm~508.0nm。选择另一薄的钕玻璃片，在与厚玻璃片波长相对应的位置进行测量。根据两组数据，求出钕玻璃的吸收系数曲线。二、注意事项1.当波长读数装置出现99999