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实验报告
学生：杨予博     学号： U202342850      院系：环科23    批阅时间： 2025-4-10 21:17

批阅完成
最后得分：4.7分

实验目的和仪器

0.4分

1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性。
2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪。
3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱。
4）测定光栅光谱仪的色分辨能力。
5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。

WDS -3 平面光栅光谱仪（200~800nm），汞灯，钨灯&氚灯组件，干涉滤光片等。

得分：0.4 分

实验原理

1.5分

光栅光谱实验基于光的干涉和衍射原理，通过光栅的周期性结构，将入射光分散成不同波长的光束，形成光谱。光栅的光谱分辨率取决于刻线间距以及入射光的波长范围。光栅光谱实验的基本原理可归纳为以下几点：
1. 光栅方程：光栅方程是描述光栅衍射现象的基本关系式。它用来计算不同波长光的衍射角度，从而分离光谱。
2. 光栅常数：光栅常数是光栅上相邻两条刻线之间的距离，它直接决定了光栅的分辨能力。
3. 入射角和衍射角：光栅实验中，入射光线与光栅平面的夹角称为入射角，而光栅衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角

得分：1.2 分

实验原理部分缺少必要的公式

实验步骤

1分

进行光栅光谱实验需要一定的实验装置和光源。以下是一般的操作步骤：
1. 准备实验装置：将光源、光栅、狭缝等组件依次安装在光谱仪或者导轨上。确保光源和光栅之间的距离适当。
2. 调整入射角：用转角仪或者倾斜支架调整光线入射角，使得光线尽量垂直于光栅。
3. 调整衍射角：通过转动整个装置或转动调节器调整光线的衍射角度，使得所需的光谱线能够尽量清晰地显示出来。
4. 观察和记录：将光谱仪的接收器与示波器或者数据采集系统连接，观察光谱线的强度和位置。同时记录实验条件，包括入射角、衍射角、光栅常数等。
5. 分析光谱线：根据实验结果，利用光栅方程计算出不同光谱线的波长，并与已知的标准光谱进行对比和分析。

得分：1 分

数据处理

0.1分

1.绘制氘灯200~800nm波长范围谱线

得分：0.1 分

0.2分

2.绘制汞灯200~800nm波长范围谱线图

得分：0.2 分

0.1分

绘制汞灯560~595nm左右波长范围谱线图

得分：0.1 分

0.2分

在曲线上读取汞灯的两条光色谱线波长值为：(1)nm和(2)nm(由小到大填写)

  • 填空(1)： 你的答案　577.00。
  • 填空(2)： 你的答案　579.10。
得分：0.2 分
datafill 577.00 579.10 1ZvZ/G1ByOx209DsAi5yp0F8dJcuncBayjVJlDM8VWE= 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 kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq2LU+RKWS0IAjmxP2UMIeAZMzbBQUmTKHkTVTt3VxNEEYqig4XyMwhjTh9BN44/63Wk67/70NjrG5iKb+ED7We1CB9G9vhzUXirVj+5+PGJGxz9EjvKV+NFGwIWKzjb6JRbOAqXFRNvPDHIIKJKgw0XApdL7ccib+SJUSr86xCF8xmEm50J+acsmfEGMwSvzHXKLeD9xEl/V1BJIGqgTuf79oogKbwyRa0XlrZV3KEPydO7NMQ+lA33C+v25DXj6E= Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWHdTdhY/6rEWchiDCQp51F3IlfmAlLwkXvsXY4KXvJM7ZJ4HDiPbvqh18edzr3L+ThNOIR4iYRiP7rw6yi9/l2OUeU0YPw3mwklvk+iFZVPZuNGHy1C5XtqMzA0y2JBowzqWGQg+HXZ5oesx+xaDPMuMohQRyzsPwW+ai4PpAGNqAhBtMMvB27/RAkp147eBA==
0.1分

在曲线上读取两峰间的间隔a=(1)nm

  • 填空(1)： 你的答案　2.10。
得分：0.1 分
datafill 2.10 PdNZ58j/9j/EoXZlnO+D6jVqk8ztt24hSseIH6y+9gQbkdHs1cM57ldqvlWiN+JyeDNnRjpKUubCZ7jf2ReGdz92WpANCpaHfP1c29suOsJIQGq6/E9/8QZw6COPTMPLmc/7YPm+jn8JknOvHPitN1fbpvY+1RPnalIHRnRIQRQ= 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 kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq2LU+RKWS0IAjmxP2UMIeAD2/rnPwqNZ1MG9afUrZKlb4sIlL8FMUKZDuPcPRvCU6DUNbOnJnWTvtVGRIuGjv8Ral73Prs8DmS5oZ5tEH5dNEutxPMemAHL3/Vb4AZ/Ur89AEuNMG3pGWz06ie0nzucqnSkEIodZUCRoJDh87AtbzFq6Rhce72Md5cz4KuWu0idMaFSj69UqZtkXWnPeC4wsLbSFb0cwWUm2MdodTsYy/JrO+idl6BOGfM3786EoU= Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QLJn2rNheFxkeGYLB72a/js=
0.1分

在曲线上读取峰的半宽度b=(1)nm

  • 填空(1)： 你的答案　0.84。
得分：0.1 分
datafill 0.84 +2PVAjC84kdBMtHObjJ3Vg== TtDFN7j8gKdJw6ZT+oEdw+eLDZpmtqLFyhn6GelPBc/UCN6caDZ5YVwxm0Fs+Yktj4RQtE6Gsk0l0OurRNuw9w9cacx8x/6EZqM6uoHrpMw+dgW78FlV3uyGIfWUEpBygJ5QUagwDkSHUIZJOY43juFLAMesBzEE+bqLZtBEx0WFN/7IdbZZHze3R70OWHzGP3xiq9gVGfuX381290lWx16NUkL3HzciTvDPC7SUoks= kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq1vvW1QnzT3g5Dcg/ES13Vf6075DwZxNtjaJNhqCYFqCJZ9ofLBJTj1GYaRGb1eQsOxpP+iu1qDgXmIUrCUz8bsEGyXjbwpDBDvrkA0jlMUOqovrTO3hbvHOTbDlh8tWQT2LOx0sf3u70lDnDQJBS8 Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QLJn2rNheFxkeGYLB72a/js=
0.1分

光谱仪的色分辨能力Δλ为(1)nm

  • 填空(1)： 你的答案　0.84。
得分：0.1 分
datafill 0.84 PdNZ58j/9j/EoXZlnO+D6hSQE4eaqj6PBCL1eKVX4+0sRjKAHS+0XKythJKLrmH7+0pVctl1CyJxSr7fkAU5pcY2nBtEWsCebhbokC+R/9tg+ECe+FEiJrP12d8oIOw9cfXlZwVVWxQA9b966Cfphyu0Sy/J+KuwmGHq4fo0ryY= 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 kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq2LU+RKWS0IAjmxP2UMIeAD2/rnPwqNZ1MG9afUrZKlb4sIlL8FMUKZDuPcPRvCU6DUNbOnJnWTvtVGRIuGjv8Ral73Prs8DmS5oZ5tEH5dNEutxPMemAHL3/Vb4AZ/Ur89AEuNMG3pGWz06ie0nzucqnSkEIodZUCRoJDh87AtbzFq6Rhce72Md5cz4KuWu0idMaFSj69UqZtkXWnPeC4wsLbSFb0cwWUm2MdodTsYy/JrO+idl6BOGfM3786EoU= Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QC8HAOPhv8c/oov7/+3c/i0=
0.1分

3.绘制钨灯的200~800nm范围内光谱图

得分：0.1 分

0.2分

绘制滤光片的200~800nm范围内透射率谱线

得分：0.2 分

0.1分

在曲线上读取滤光片的中心波长λ0=(1)nm

  • 填空(1)： 你的答案　525.5。
得分：0.1 分
datafill 525.5 z+HFU6dAvYELb6xBwgEK0Q== TtDFN7j8gKdJw6ZT+oEdw+eLDZpmtqLFyhn6GelPBc/UCN6caDZ5YVwxm0Fs+Yktj4RQtE6Gsk0l0OurRNuw9w9cacx8x/6EZqM6uoHrpMw+dgW78FlV3uyGIfWUEpBygJ5QUagwDkSHUIZJOY43juFLAMesBzEE+bqLZtBEx0WFN/7IdbZZHze3R70OWHzGP3xiq9gVGfuX381290lWx16NUkL3HzciTvDPC7SUoks= kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq1vvW1QnzT3g5Dcg/ES13Vf6075DwZxNtjaJNhqCYFqCJZ9ofLBJTj1GYaRGb1eQsOxpP+iu1qDgXmIUrCUz8bsEGyXjbwpDBDvrkA0jlMUOqovrTO3hbvHOTbDlh8tWQT2LOx0sf3u70lDnDQJBS8 Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QC8HAOPhv8c/oov7/+3c/i0=
0.1分

在曲线上读取通带半宽度=(1)nm

  • 填空(1)： 你的答案　69.9。
得分：0.1 分
datafill 69.9 z+HFU6dAvYELb6xBwgEK0Q== TtDFN7j8gKdJw6ZT+oEdw+eLDZpmtqLFyhn6GelPBc/UCN6caDZ5YVwxm0Fs+Yktj4RQtE6Gsk0l0OurRNuw9w9cacx8x/6EZqM6uoHrpMw+dgW78FlV3uyGIfWUEpBygJ5QUagwDkSHUIZJOY43juFLAMesBzEE+bqLZtBEx0WFN/7IdbZZHze3R70OWHzGP3xiq9gVGfuX381290lWx16NUkL3HzciTvDPC7SUoks= kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq1vvW1QnzT3g5Dcg/ES13Vf6075DwZxNtjaJNhqCYFqCJZ9ofLBJTj1GYaRGb1eQsOxpP+iu1qDgXmIUrCUz8bsEGyXjbwpDBDvrkA0jlMUOqovrTO3hbvHOTbDlh8tWSKF3Vhh0GwMfLTldcNyvtA Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QLJn2rNheFxkeGYLB72a/js=
0.1分

计算滤光片的峰值透射率T0=(1)％

  • 填空(1)： 你的答案　38.9。
得分：0.1 分
datafill 38.9 nC4vM2NSg4Z1oE/CSbWWDw== TtDFN7j8gKdJw6ZT+oEdw+eLDZpmtqLFyhn6GelPBc9jn8D/tTqhVJgAr2pXxlMVrWnXAufvjLfEDuQB2ls1nbpEBalTw8uAtzhZ+vF7CWN7kOfV+jrZ2EYnKEkHHYA+jzS9V21EKby0ys+N22RiQL0S066fxkWW0VJVI68ScFT/+zLhmeR0u+a081Wo3/G7lMfx3GDiTjWBS1ddnf1xtNCtEvXvHxFYSO2R+DSGIec= kbs8cUEArIzl90tKMNafbYHxVlWcZSPCSNHpyr79Ghet8cA3zN2g8pM9FKB7U4TQaxwCptcELlCLEqij9G39SnL+KuKO9adY8zD9IqZic8HGZd0xaAtW6TswGU5lqPr7QwLI7k6bdO4eE13xWhxhk3G6B50H48YzYcFoQNYnAUq1vvW1QnzT3g5Dcg/ES13VFoIthjM/AxJ77rueB+VDOI+qaltKpWw/SRmu54+YaDj1Fu/9lKcjmaJ8kfUQyRJ5QWv+6s+A12POFC8BodbWU4431MHRRfWa96iTzyeiuJy80smv6Tz1sSt5kPJWHSBQeKDBrvHTLxiS9F5uKkmHNg== Y9EJwVXuEk9FCJXdEvM5JWDxcfgwUJSgVOuYcNmUnyXBinFZyrLwmgLGrlyaOKXDoOkJlaV2woMiZGKx6Rr2OH/eJp6Fv6z2izijntMUlEZfxrtpbKsOcf0P+tW+WyS+gxCS+NrXN+5OU2qTIaCtMcKD0kTSdAhPDTyb0jniWBzE1rJRmRALFp6dfYpDj9To6Lb7k1bhjCDyDlSOFs/6QC8HAOPhv8c/oov7/+3c/i0=

分析讨论与结论

0.2分

分析讨论

一，光谱特征对比
汞灯：属于气体放电光源，其光谱是不连续的线状光谱。由几条特定波长的谱线组成，主要集中在可见光区，有较强的绿、蓝、紫等谱线，各谱线具有特定的颜色和波长，谱线宽度较窄。
钨灯：是热辐射光源，其光谱是连续光谱。从红外到可见光再到紫外有连续分布的光辐射，没有明显的分立谱线，在可见光区的光强分布相对较均匀，随着温度升高，辐射强度增加且向短波方向移动。
汞灯光谱线及谱线强度
汞灯在可见光区有几条较强的谱线，常见的汞灯光谱线及其波长和相对强度大致如下：
波长546.1nm的绿线，强度较强，是汞灯光谱中很明显的一条谱线。
波长577.0nm和579.0nm的两条黄线，强度相对较弱一些，但也较容易观察到，通常这两条黄线会被视为一组。
波长435.8nm的蓝紫线，强度也较强，在光谱中较为突出。
波长404.7nm的紫线，强度相对较弱。

二，常见的分光系统有棱镜分光系统和光栅分光系统，以下是它们的优缺点：
棱镜分光系统
优点：结构简单，成本较低；对紫外光有较好的透过率，适用于紫外光谱区；可提供较高的分辨率，能将不同波长的光分散开。
缺点：色散是非线性的，波长越短，色散越大，这使得光谱的刻度不均匀，不利于精确测量；对不同波长的光的折射率不同，会导致不同波长的光在棱镜中的传播速度不同，从而产生色差；分辨率有限，对于波长相近的谱线，可能难以完全分开。
光栅分光系统
优点：色散均匀，光谱刻度均匀，便于精确测量波长；具有较高的分辨率，能够区分波长非常接近的谱线，适用于对光谱分辨率要求较高的场合；工作波段范围广，可覆盖从紫外到红外的多个波段。
缺点：存在鬼线和高级次光谱重叠的问题，需要通过适当的滤光片或其他方法来解决；光栅的制造工艺复杂，成本相对较高；对光的反射和衍射效率有一定的限制，可能会导致光能量的损失。

得分：0.2 分

0.1分

结论

本实验通过对光栅光谱仪的搭建和使用，展示了光栅光谱仪在测量光的波长和颜色方面的优势。我们了解了光栅光谱仪的原理和工作方式，并通过实验证明了其在光谱分析中的应用价值。

得分：0.1 分

原始数据

数据处理过程

0.3分

得分：0.3 分