光栅光谱仪系统实验报告

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1、班级:姓名:学号:光栅光谱仪实验报告2012.3.27光栅光谱仪系统(Gratingspectrum・metefsystem)主讲教师：严祥安光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方而，都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具冇很宽的光谱范围(UV-IR),高光谱分辨率(到O.OOlnm),自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪己成为光谱研究的首选。一、实验目的1.掌握发

2、射光谱测试系统，光学元件的透射率光谱，反射率光谱测试系统以及荧光光谱测试系统的搭建2•学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线，学会分析齐种光学元件的反射、透射谱线。3.学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱，分析荧光物质成分。二、光栅光谱仪测试系统组件名称1.LHD30笊灯光源室+LPD30M灯稳流电源(Deuteriumlamphouseanddeuteriumpowersupplyforsteadycurrent)2.LIIX150高压鼠灯光源室+LPX150高压毎灯稳流电源(Xelamphouseandste

3、adypowersupplyinhighvoltage)3.LHT75溪鸭灯光源室+LPT75渙鸭灯稳流电源(brominetungsten)4.LHM254波氏校准汞灯光源(TheHglamphouseforcalibratinggrating,thecharacterwavelengthis254nm)5.NFC-532-15陷波滤波装置The532nmwavelengthisboundwhenlightfromthelamphousecrossingthefilter.1.SPB300300mm光栅光谱仪(thefocusi

4、s300nm)2.SPB500500mm光栅光谱仪3.SD六挡滤光片轮thelightfilerforsixsteps4.SAC三口样品室samplehouse5.DCS102数据釆集器dataacquisitionimplement6.PMTH-S1-CR131光电倍增管photomultipliertube7.HVC1005高压稳压电源regulatedpowersupplyinhighvoltage8.DSI300硅光电探测器siliconphotondetector三、光栅基础知识及实验原理图当一束复合光线进入单色仪的入射

5、狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同,由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。下面简单介绍一下有关光栅的一些基础知识1.光栅基础光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱

6、范围广，杂散光低，且可做到高光谱分辨率。选择光栅主要考虑如卜•因素：(1)闪耀波长，闪耀波长为光栅最人衍射效率点，因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪輝波长为500nmo(2)光栅刻线，光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。(3)光栅效率，光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效率愈高，信号损失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，还采用特殊镀膜，提高反射效率。2.光栅方程光柵I法线图1反射式衍射光栅反射

7、式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻榊，一系列平行刻桝的间隔与波长相当，光栅表而涂上一层高反射率金屈膜。光栅沟槽表而反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，在大多数方向消失，只在一定的有限方向出现，这些方向确定了衍射级次。如图1所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为Q,衍射角为0,衍射级次为仙〃为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：d（sina+sin0）=mA⑴定义。为入射光线与衍射光线夹角的一半，即仏〃为相对于零级光谱位置的光栅角，即〃二（a+0）/2,得到更方便的光栅方程：Idcos°sin0=

8、M2⑵从该光栅方程可看岀：（1）对一给定方向0,可以冇几个波长与级次/〃相对应人满足光栅方程。比如600nm的一级辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。衍射级次刃町正口J负。（2）