２０１２年第ｌ９期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ科教前沿０ 科技信息 光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响 杨佳威宣迪凯夏雪琴 （浙江海洋学院浙江舟山３１６０００） 【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 Ｓｌｉｔ Ｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｌｉｎｅ Ｄｒａｗｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ ＹＡＮＧ Ｊｉａ－ｗｅｉ ＸＵＡＮ Ｄｉ－ｋａｉ ＸＩＡ Ｘｕｅ－ｑｉｎ （Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｚｈ￣ｉａｎｇ，３ｌ６Ｏｏ０） 【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 Ｍｉｄｄｉｅ Ｐｅａｋ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌｉｎｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｉｓ ｉｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｓｌｉｔ．１１１ｉｓ ｈａｓ ｍｕｃｈ ｔｏ ｄｏ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｅｎｔｒａｎｃｅ ｓｌｉｔ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌｉｎｅ ｄｒａｗｉｎｇ；Ｇｒａｔｉｎｇ ｓｐｅｃｔｏｍｅｒｔｅｒ；Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈａｂｉｌｉｔｙ ０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。而仪器说明人射狭缝在０．２００ｒａｍ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。 最后聚集在ｓ，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。 Ｍ２ Ｍ３ Ｓ１ Ｓ３ Ｓ２ 图２光栅光谱仪内部放大的光线的走向 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 发出的光束进人入射狭缝ｓ。。ｓ 位于反射式准光镜Ｍ：的焦面上，通过 ｓ，射入的光束经Ｍ：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Ｍ 成像在ｓ 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ｓ 时，狭缝越细．进入的光就越细，当到狭缝到一定宽 度时．人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ｓ，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Ｓ 增大的时候．光从Ｓ 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。 １．２入射狭缝宽度对光种类的影响目 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。 图３入射狭缝宽度增大的光谱图样 ２实验设计方案 ２．１实验仪器 图１ ＷＧＤ一８Ａ组合式光栅光谱仪光学原理图 ＷＧＤ一８Ａ组合式光栅光谱仪。入射狭缝宽度在０－２ｒａｍ连续可调， 调节应在合适的宽度上开始，宽度变化太大极容易导致误差变大，数 据没有代表性。本实验选的狭缝宽度在Ｏ．２００—０．４００ｒａｍ，通过以 Ｏ．０５０ｍ 增加．在计算机上取得相应的谱线图，并根据谱线图样分析 其变化。 ２．２实验方案 调节狭缝Ｓ 宽度，使其约在０．２００ｍｍ左右，同时把钠灯对准狭缝 并开灯预热．把光栅光谱仪主机上的接收装置选择开关拨向“光电倍 １．１入射狭缝宽度对谱线图样的影响瞳】 如图２所示，无论是什么光都能够从狭缝通过到ｓ ，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 科技信息 ０科教前沿ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１２年第１９期 毫．１ｉ暮一 ｉｉ毫薹： ．－鼍．一；ｌＩ ｉ．Ｉ．１ｉ： ｉｌｉ羹 骱霉ｉｉ；： ｉ；ｉｉ． ；毒鼍ｉ： 毫ｉｉ．１ＩＩ ；羹ｉｉ； 增管”．先打开外围设备，最后打开计算机。按照仪器说明操作，用计算 机对仪器进行各种控制操作，全面掌握仪器的各种性能，改变入射下 风的宽度。继续进行上述操作，观察光谱图，分析光谱图样。 ３实验结果与分析 本实验使用的是ＷＧＤ一８Ａ组合式光栅光谱仪、钠灯等实验用具。 研究的是入射狭缝宽度的改变对光谱图样的影响．其主要参数是光谱 图样中光线峰值的数量和光的种类。这些参数在一定程度上反映着入 射狭缝宽度增加对光谱图样的影响。如图４所示，（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）分 别为人射狭缝宽度为０．２００ｒａｍ、０．２５０ｍｍ、０．３００ｒａｍ、０．３５０ｍｍ、０．４００ｒａｍ ０．０ｏｏ ｏ．ｄ５０ ０．１ＯＯ Ｏ．１５ｏ Ｏ．２００ ０．２５０ ０ ３００ ０．３５０ ０．４００ 图５谱线图样中峰的数量 时的光谱图样。由图看出随着入射狭缝宽度的增加．光谱图样中谱线 条数增加，同时光的种类也增加。 图６光谱图样光的种类 如图５所示．随着入射狭缝的增大．光谱图样中峰的数量会随之 上升，这说明在一定条件下，入射狭缝的增大，光的进入量也会增加， 这与理论分析基本符合 ， 在图６中．谱线图样中的光的种类跟入射狭缝宽度成正比关系． 这正好验证了入射狭缝的增大，进入光线也会增加，影响着光谱图样， 随之而来的就是影响波长的正确测量 以上两图所显示出来的结果表示入射狭缝的增大对光谱图样有 着很大的影响．光线种类光谱中峰的数量都会增加 如果是纯的钠光 进入狭缝．在光谱图样中显示的峰会显示在５７７—５９７ｎｍ这波段上 这 段波上，可以通过这些峰读出相应的波长．一次来测定光的波长。 ４实验研究结论 对光栅光谱仪入射狭缝与谱线图样之间的关系的研究．研究表明 入射狭缝宽度跟光的种类和峰的数量之间成线性关系 适当减小狭缝 宽度有利于谱线图样的清晰表示。这也能够有利于波长的相对测定。 同时波长的测定要尽量减少杂光的影响．或者在入射狭缝端放上一片 滤光片来滤光，这对光波波长的准确测定有着很大的帮助。所以．在避 免光谱图样上显示不出峰的情况下，应该尽量减小狭缝。ｌ 【参考文献】 ［１］竺江峰，主编，鲁晓东，夏雪琴，副主编．大学物理实验教程【Ｍ１．北京：中国水利 水电出版社．２０１１．９． ［２］杨晓东，李正灯，李惠玲，周杰，钟远聪．光栅光谱仪入射与出射狭缝对测量谱线 线宽影响研究『Ｊ１．嘉应学院学报，２００８，１２—５１４０１５． ［３］郭光灿，庄蔚萱，编．光学［Ｍ］．高等教育出版社． ［责任编辑：王洪泽］ （ｅ） 图４实验所得光谱图样 （上接第１３４页）要使盐水始终处于饱和状态。 ３）定期做好水处理运行和化验记录。有专职的水处理作业人员． 【参考文献】 并经培训考核合格后持证上岗。严格按照水质标准做足化验项目和化 ［１］李茂东．工业锅炉能耗现状分析与节能措施叨． ２］郑珲，吴行惠．工业锅炉教程ｆＭ】．２００４． 验频次，要彻底扭转常以除垢代替防垢的心态．要严格按照化验结果 ［计算并进行合理排污，若结生水垢确需化学清洗的。并申请监督检验 ４）停ｌ炉维护保养工作要做到位，否则会造成炉管烟侧及其它管材 的腐蚀。ｌ ［责任编辑：王静］ ８１
