光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响的研究.doc

光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响的研究 【摘要】通过对光栅光谱仪入射狭缝宽度的调节，观察屏幕上谱线，分析波长的分布，研究入射狭缝宽度对谱线图样的影响。分析了入射狭缝与谱线图样之间的关系，表明谱线图样中峰的数量和光的种类数跟入射狭缝宽度成正比关系，这对波长的精确测定有着很大的影响。 【关键词】入射狭缝；谱线图样；光栅光谱仪；分辨率 Grating Spectrometer Study on Influence of Slit Width for Line Drawings Abstract: By adjusting the width of the entrance slit of grating spectrometer, observe the Spedtrum line on the screen, analyse the distribution of the wavelength and study how the width of the entrance slit influence the Spectrum line drawing.By analyzing the relationship between the entrance slit and the Spectrum line drawing ,finding that the quantity of the Middle Peak of the Spectrum line drawing is in proportion to the width of the entrance slit .This has much to do with the accurate measurement of the wavelength.. Key words: entrance slit, Spectrum line drawing, grating spectrometer, distinguishability 引言 光栅光谱仪是一种将复杂的光分解为光谱线的科学仪器。可以用来分辨颜色、测量溶液的浓度、测量光波波长、膜厚测量等。这在科研、生产、质检等领域有着很大的作用。仪器的分辨率对实验数据的测量有着很大的影响，光栅光谱仪的内在参数和仪器的精密程度在很大程度上都无法改变，为了以后同学们能够更好地使用光栅光谱仪进行其他各种实验，我进行了“入射狭缝对光谱图像的影响”的实验。该实验是通过改变入射狭缝的宽度来观察光谱图样的变化，以实现入射狭缝对光栅光谱仪分辨率的影响。而仪器说明入射狭缝在0.200mm适合光波波长的测量，我在此基础上以0.050mm为间隔对入射狭缝进行宽度调节，研究谱线图样变化的。 1入射狭缝的宽度对光谱图样的影响理论分析[1] 入射狭缝和出射狭缝均为直狭缝，宽度为0～2mm连续可调。光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投射到平面光栅G上，光栅的刻线每mm为1200条，形成的衍射平行光束经物镜M3成像在S2上。而G可以由电动机驱动而转动，这就形成了对光谱的扫描。最后光电倍增管记录光的相应波长，使我们能够从光谱中读出相应的波长。如图1所示当光进入S1时，狭缝越细，进入的光就越细，当到狭缝到一定宽度时，入射光也可以被近似认为一条光线进入狭缝，这条光线经反射后被S2接收并通过光电倍增管记录到光谱中。但光强也会随着狭缝宽度的减小而减小，让光电倍增管很难检测到光的能量，光谱图样也会不明显。当入射狭缝S1增大的时候，光从S1进入，光线从不同角度进入，同时进去的光线增加，光强也增加了。  1.1入射狭缝宽度对谱线图样的影响[2] 如图2所示，无论是什么光都能够从狭缝通过到S2，但由于狭缝的的大小会影响入射 光的数量和能量，同时部分拥有高能量的杂光也有很大的机会进入光栅光谱仪，影响谱线图样中高峰光的数量，使杂光的存在影响被测光的波长测定。如图2所示，不管是什么光，都会在最后聚集在S3中，而且狭缝宽度的增加使进入狭缝的光产生干涉现象，被测光所在位置的波长段的波之间的波长差会增加。 图2 光栅光谱仪内部放大的光线的走向 1.2入射狭缝宽度对光种类的影响[3] 当狭缝宽度增大的时候，进入的光束宽度也会增加，同时光的数量和能量也会增加。同时光谱中高能量光线的数量也会随之增加，杂光能量也会同时会增加。它们也会显示在光谱图样上，影响光线波长的正常测定。如图3所示，光线的进入量会增加，最后的显示会出现杂光的谱线数量可能多于被测光线。而被测光线会因为干涉等因素的影响被相对削弱了。当入射狭缝到一定的宽度到达值时，光强就会趋于稳定，峰值数量也会趋于稳定