光学多道.pptx

实验原理：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学多通道分析仪原理为平行光束入射到平面光栅光栅G G（光栅平面的方位可由精密机械调节）时，（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：将发生衍射，衍射时有光栅方程：式中式中d d是光栅常数，是光栅常数，是入射光波长，是入射光波长，k k是衍射级是衍射级次，次，为衍射角。由光栅方程可知，当光栅常数为衍射角。由光栅方程可知，当光栅常数d d一定时，不同波长的同一级主最大，除零级外均一定时，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，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。在光栅的衍射图样中都是很细、很锐的亮线。光学光谱仪的光学系统如图所示。光源从直狭缝光学光谱仪的光学系统如图所示。光源从直狭缝光学光谱仪的光学系统如图所示。光源从直狭缝光学光谱仪的光学系统如图所示。光源从直狭缝S1S1入射，经过入射，经过入射，经过入射，经过M1M1后反射到准直镜后反射到准直镜后反射到准直镜后反射到准直镜M2M2，经过，经过，经过，经过M2M2后的平行后的平行后的平行后的平行光入射到平面反射光栅上，经平面反射光栅衍射后入光入射到平面反射光栅上，经平面反射光栅衍射后入光入射到平面反射光栅上，经平面反射光栅衍射后入光入射到平面反射光栅上，经平面反射光栅衍射后入射到物镜射到物镜射到物镜射到物镜M3M3上，并且会聚到上，并且会聚到上，并且会聚到上，并且会聚到S2S2处，在光路上遇到转镜处，在光路上遇到转镜处，在光路上遇到转镜处，在光路上遇到转镜M4M4后，在后，在后，在后，在S3S3处成实像。在处成实像。在处成实像。在处成实像。在S3S3位置位置位置位置CCDCCD接受器件，通过接受器件，通过接受器件，通过接受器件，通过连接线传输到计算机上。连接线传输到计算机上。连接线传输到计算机上。连接线传输到计算机上。WGD-6光学多道分析器。实验器材：实验器材：狭缝的调节是通过一个螺旋测微仪带动进行的（最宽为2mm）将转化开关扳向观察窗，此时可以打开CCD的遮光盖，观察衍射光栅实验内容：实验内容：一一.准备工作准备工作 （1 1）接通电源前，认真检查接线是否正确接通电源前，认真检查接线是否正确。（2 2）转换开关转换开关 检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，若若CCDCCD接收，请将扳手放在接收，请将扳手放在“CCD”CCD”档；若观察谱线，档；若观察谱线，可将扳手放在可将扳手放在“观察观察”档。档。（3 3）入射狭缝）入射狭缝S1S1的调正的调正 狭缝为直狭缝，宽度范围狭缝为直狭缝，宽度范围0 02mm2mm连续可调，连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化一周狭缝宽度变化0.5mm0.5mm。为延长使用寿命，调。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过节时注意最大不超过2mm2mm，平日不使用时，狭缝，平日不使用时，狭缝最好开到最好开到0.10.10.5mm0.5mm左右。左右。（4 4）滤光片）滤光片 为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片装用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片装在入射狭缝在入射狭缝S1S1的窗玻璃前联接螺口上。滤光片共的窗玻璃前联接螺口上。滤光片共二片，工作区间：二片，工作区间：白色滤光片白色滤光片 320-500nm 320-500nm 黄色滤光片黄色滤光片 500-900nm500-900nm二二.实验步骤实验步骤 （1）按实验原理图连接好线路，打开汞灯电源开关，将扳手放在“观察”档，将汞灯放在入缝处，调节缝S1和S2至适当宽度以在S3处能观察到汞灯的清晰谱线为宜。（2）将扳手放在“CCD”档，启动计算机，运行WGD6应用程序进入工作界面。（3）设置好参数区中各项参数。（4）启动实时采集，在屏幕上将显现汞光源的一系列谱线，单击手动前进和后退按钮，使几条谱线显示在屏幕中央。（5 5）单击手动定标按钮，移动光标至谱线峰值）单击手动定标按钮，移动光标至谱线峰值处，回车，将标准波长输入到定标对话框中，处，回车，将标准波长输入到定标对话框中，单击单击“添加下一个添加下一个”按钮，移动光标至另一谱按钮，移动光标至另一谱线峰值处，将另一已知标准波长输入到定标对线峰值处，将另一已知标准波长输入到定标对话框中，再单击话框中，再单击“定标定标”按钮进行线性定标。按钮进行线性定标。（6 6）此时，屏幕工作区的横坐标自动从通道数）此时，屏幕工作区的横坐标自动从通道数变成了波长，改用钠灯，转动变成了波长，改用钠灯，转动M4M4，使谱线成像，使谱线成像于观察屏上，只调节钠灯的位置，不要改变其于观察屏上，只调节钠灯的位置，不要改变其它设置，使谱线强度为最强。它设置，使谱线强度为最强。（7 7）转动）转动M4M4，启动实时采集，逐一读取钠光谱，启动实时采集，逐一读取钠光谱的各谱线波长并保存数据。的各谱线波长并保存数据。（8 8）改用红、绿、蓝等发光二极管作光源，重）改用红、绿、蓝等发光二极管作光源，重复步骤和，保存数据。复步骤和，保存数据。数据处理：数据处理：实验图像实验图像 实验图像实验图像 定标：定标：所谓定标，就是指相同的衍射级次（一般取第一级次）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波长。汞灯的主要谱线波长如下：汞灯的主要谱线波长如下：为了使定标更加准确，我们要保证在屏幕上出为了使定标更加准确，我们要保证在屏幕上出为了使定标更加准确，我们要保证在屏幕上出为了使定标更加准确，我们要保证在屏幕上出现三条或更多的谱线，如下图所示。通过寻峰我们现三条或更多的谱线，如下图所示。通过寻峰我们现三条或更多的谱线，如下图所示。通过寻峰我们现三条或更多的谱线，如下图所示。通过寻峰我们可以得到每一条谱线对应的道数。可以得到每一条谱线对应的道数。可以得到每一条谱线对应的道数。可以得到每一条谱线对应的道数。通过对比已知的光谱数，由于我们要得到的是通过对比已知的光谱数，由于我们要得到的是通过对比已知的光谱数，由于我们要得到的是通过对比已知的光谱数，由于我们要得到的是道数与波长成线性关系，所以只要道数差的比值与道数与波长成线性关系，所以只要道数差的比值与道数与波长成线性关系，所以只要道数差的比值与道数与波长成线性关系，所以只要道数差的比值与波长差的比值公式接近，我们就可以通过手动定标波长差的比值公式接近，我们就可以通过手动定标波长差的比值公式接近，我们就可以通过手动定标波长差的比值公式接近，我们就可以通过手动定标来确定特征峰对应波长。来确定特征峰对应波长。来确定特征峰对应波长。来确定特征峰对应波长。峰峰1 1、2 2、3 3，道数差之比为，道数差之比为 (1844-1444)/(1444-160)=0.280(1844-1444)/(1444-160)=0.280选取比值最接近这一值的波长值选取比值最接近这一值的波长值 (579.96-546.07)/(546.07-404.66)=0.219(579.96-546.07)/(546.07-404.66)=0.219峰峰2 2、3 3、4 4，道数差之比为，道数差之比为 （1872-18441872-1844）/(1844-1444)=0.07/(1844-1444)=0.07选取比值最接近这一值的波长值选取比值最接近这一值的波长值 (579.07-576.96)/(576.96-546.07)=0.0683(579.07-576.96)/(576.96-546.07)=0.0683 比值接近，说明正是对应的上述谱线，所以将其手动定比值接近，说明正是对应的上述谱线，所以将其手动定比值接近，说明正是对应的上述谱线，所以将其手动定比值接近，说明正是对应的上述谱线，所以将其手动定标。采用线性定标，定标后道数自动转化为波长，这样只要标。采用线性定标，定标后道数自动转化为波长，这样只要标。采用线性定标，定标后道数自动转化为波长，这样只要标。采用线性定标，定标后道数自动转化为波长，这样只要当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上，就可以直接读出未当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上，就可以直接读出未当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上，就可以直接读出未当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上，就可以直接读出未知的波长值。知的波长值。知的波长值。知的波长值。撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线，撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线，撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线，撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线，在最大值处是在最大值处是在最大值处是在最大值处是588.81nm588.81nm588.81nm588.81nm，与精确值，与精确值，与精确值，与精确值589nm589nm589nm589nm相差甚微。相差甚微。相差甚微。相差甚微。注意事项：注意事项：（1 1）扳动扳手要轻扳轻放，移动光源要注意安全。）扳动扳手要轻扳轻放，移动光源要注意安全。（2 2）定标之后不要调整界面参数，也不可单击手动前）定标之后不要调整界面参数，也不可单击手动前进和后退按钮以保持采集帧的固定。进和后退按钮以保持采集帧的固定。（3 3）为延长使用寿命，狭缝调节时注意最大不超过）为延长使用寿命，狭缝调节时注意最大不超过2mm2mm，平日不使用时，狭缝最好开到，平日不使用时，狭缝最好开到0.10.10.5mm0.5mm左右。左右。（4 4）为保护）为保护CCDCCD接收系统，请避免强光直射入缝。接收系统，请避免强光直射入缝。谢谢谢谢!