用单色仪测定介质的吸收曲线

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1、用单色仪测定介质的吸收曲线一、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，掌握测量介质的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、实验原理当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光以介质板透射出来。设有一束波长为λ，入射光强为I0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1所示。若从界面1射回的反射光的光强为IR，从界面1向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出射的透射光的光

2、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=ITI0Ti=I2I1这里，IR，I1，I2，IT都应该是光在界面1和2上以及介质中多次反、透射的总效果。通常，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。这里为简单起见，对以上及以后的各个与波长有关的量都省略波长标记，但都应理解为广谱量。光谱透射率Ti与波长λ的关系曲线称为透射曲线。在介质内部（假定内部无散射），光谱透射率Ti与介质厚度d有如下关系：Ti=e-αd式中，α称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。它不仅与介质有

3、关，而且与入射光的波长有关。吸收系数α与波长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IT=IT1+IT2+IT3+IT4+...=I0(1-R)2e-ad+I0(1-R)2R2e-3αd+I0(1-R)2R4e-5αd+I0(1-R)2R6e-7αd+...=I0(1-R)2e-ad(1+R2e-2αd+R4e-4αd+R6e-6αd+...)=I0(1-R)2e-αd1-R2e-2αd式中，IT1，IT2…分别表示光从界面2第一次透射，第二次透射……的光的光强。所以T=ITI0=(1-R)

4、2e-αd1-R2e-2αd通常，介质的光谱透射率和吸收系数α是通过测量由同一材料（α相同）加工成的、表面性质相同（R相同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为和，，光谱外透射率分别为T1和T2，则T2T1=e-αd2(1-R2e-2αd1)e-αd1(1-R2e-2αd2)又一般R和α都很小，故上式可近似为T2T1=e-α（d2-d1）所以α=lnT1-lnT2d2-d1综合以上Ti=T2T1本实验中采用光电池和微电流放大器测量光强。合适条件下，光电池输出的光电流与照射到它表面的光的光强

5、成正比。光电流经由微电流放大器后由数字表直接显示其数值，从而计算光谱透射率和吸收系数，即Ti=n2n1α=lnn1-lnn2d2-d1其中，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值。一、实验装置图2是实验装置示意图。本实验中使用单色仪为WDM1型光栅单色仪。它的光学系统由三部分组成：入射狭缝S1和准直球面反射镜M1构成入射准直系统，以产生平行光束；反射光栅G为色散元件，以产生各种波长的单色光；聚焦球面反射镜M2、平面反射镜M3及出射狭缝S2构成出射聚光系统，将光栅分出的单色光汇聚在出射狭缝S2上。

6、图中汞灯P用于单色仪的校准。溴钨灯F用于测量，溴钨灯的工作电流有恒流源控制。自制的微电流放大器由高精度运放与数字显示组成。会聚透镜L将光源F发出的白光会聚到入射狭缝S1上，然后投射到M1上。由于S1处在M1的焦平面上，因此M1的反射光成为平行光。此平行光经光栅G衍射后分成一系列衍射方向不同的各种波长的单色平行光。由于光栅装置是与单色仪的传动机构相连的，因此当转动调节手轮K时，可使光栅旋转，让不同波长的单色平行光相继投射到聚焦球面反射镜M2上，并经平面镜M3反射后成像于出射狭缝S2上。如果S2宽窄合适，不同波长的单色光就相继

7、从S2射出。波长值可从单色仪的波长读数装置上读出。本实验实际操作过程中，样品插放在入射狭缝前，由2块并排摆放的宽为4mm，厚度为0.8mm、2.8mm的钕玻璃组成。一、实验任务及注意事项（一）单色仪的调节和波长示值的校准1．利用汞灯作为光源校准单色仪的波长示值1）波长读数装置转到577.0nm-579.1nm之间，汞灯放入射狭缝前，S1、S2宽度调至2mm；2）迎光观察S2上汞的黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两谱线分开至较细即可；3）关小出射狭缝，同时微动手轮，是一条谱线在缝中间，使狭缝与谱线同宽，读单色仪

8、示值；4）转手轮K读下一条谱线；5）检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器系统偏差（要求≤0.2nm）。2．调节狭缝宽度1）按步骤1中1）重新调节狭缝宽度2）迎光观察S2上汞的两条黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，调节入射狭缝S1使两谱线刚好分开，