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实验五 光栅光谱仪
一、 实验目的：
1． 熟悉光栅光谱仪的系统组成及使用方法； 2． 了解光栅单色仪的分光原理及主要参数；
3． 测量发光二极管产生的白光、绿光，激光管产生的红光和钠灯光源的相
对光谱分布。
二、实验原理：
光栅光谱仪采用光栅作为分光元件，其分光原理如下：
目前广泛采用的是平面反射光栅，它是在玻璃基片上度上铝层用特殊刀具刻划出许多平行的且间距相等的槽面而成。如图1所示：
光栅平面法线
i ?
? d
图1 光栅刻槽断面示意图
衍射槽面与光栅平面的夹角为?，称为光栅的闪耀角。当平行光束入射到光栅上，
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由于槽面的衍射及各个槽面的衍射光的相干叠加，不同方向的衍射光束强度不同。考虑槽面间的干涉，当满足光栅方程：
d(sini?sin?)?m? （1）
时，光强将出现极大。式中i及?分别为入射光和衍射光与光栅平面法线的夹角（入射角和衍射角）。d为光栅常数，m=?1，?2，?3，?，为干涉级，?是出现极大值的波长。当入射线与衍射线在光栅法线同侧时，公式取正号，异侧时取负号。从公式（1）可以看出当入射角一定时，不同的波长对应不同的衍射角，因而经光栅衍射后按不同方向排列成光谱。
波长准确度一般用仪器波长示值与真实值的差值及波长示值误差来衡量。波长准确度是分光光度计的一项重要技术性能指标。
实验装置
WDS系列多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪主机、扫描系统、接收单元、信号放大系统、A/D采集单元和计算机组成。该光谱仪集光学、精密机械、电子学和计算机技术于一体。
1.光学系统
光谱仪光学系统采用C-T型，如图2所示：
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图2 光学系统原理图
M1准光镜、M2物镜、M3转镜、G平面衍射光栅、S1入射狭缝、通过旋转M3选择出射狭缝S2或S3从而选择接收器件类型，出射狭缝为S2则为光电倍增管或硫化铅、钽酸锂、TGS等接收器件；出射狭缝为S3则为CCD接收器件。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围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M1的焦面上，通过S1射入的光束经M1反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M2成像在S2上，或经物镜M2和M3平面镜成像在S3上。 2.电子系统
电子系统由电源系统、接收系统、信号放大系统、A/D转换系统和光源系统等部分组成。
电源系统为仪器提供所需的工作电压；接收系统将光信号转换成电信号；信号放大器系统包括前置放大器和放大器两部分；A/D转换系统将模拟信号转换成
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数字信号，以便计算机进行处理；光源系统为仪器提供工作光源，可选氘灯、钨灯、钠灯、汞灯等各种光源。 3.软件系统
WDS系列多功能光栅光谱仪的控制和光谱数据处理操作均由计算机来完成。
软件系统主要功能有：仪器系统复位、光谱扫描、各种动作控制、测量参数
设置、光谱采集、光谱数据文件管理、光谱数据的各种计算等。
实验装置及操作软件的详细说明、工作参数的选择和具体使用方法见使用说明书。
三、实验步骤
1. 了解仪器的结构和性能并熟练掌握软件操作（认真阅读使用说明书） 2. 扫描单色仪的波长示值误差和重复性
本仪器的波长示值误差为+0.4nm，重复性为0.2nm。实验用钠灯在588.996nm和589.593nm两条谱线对这两个性能指标进行测试。测试时把钠灯置于入射缝处，单方向慢扫描三次，在上述特征谱线位置读取波长值，利用公式：
??1=3??i?13i??r和??=?max??min
分别计算波长示值误差和重复性 3. 测量其他三种不同光源的光谱分布特性。
四、注意事项
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