用單色儀測定介質的吸收曲線

1、用單色儀測定介質的吸收曲線核 51 粟鵬文 2015011744一、實驗目的1：了解光譜測量基本儀器—光柵單色儀的基本構造并掌握其使用方法；2：加深對介質光譜特性的了解，掌握測量介質的吸收曲線或透射曲線的原理和方法。二、實驗原理當一束光入射到有一定厚度的介質平板上時，有一部分被反射，另有一部分光被介質吸收，剩下的光以介質板透射出來。設有一束波長為𝜆，入射光強為𝐼0 的單色平行光垂直入射到一塊厚度為 d 的

2、介質平板上，如圖1 所示。若從界面 1 射回的反射光的光強為𝐼𝑅，從界面 1 向介質內透射的光的光強為𝐼1，入射到界面 2 的光的光強為𝐼2，從界面 2 出射的透射光的光強為𝐼𝑇，則定義介質板的光譜外透射率𝑇和介質的光譜透射率𝑇𝑖分別為：𝑇=𝐼𝑇

3、𝐼0𝑇𝑖= 𝐼2𝐼1 這里，𝐼𝑅，𝐼1，𝐼2，𝐼𝑇都應該是光在界面 1 和 2 上以及介質中多次反、透射的總效果。通常，介質對光的反射、透射和吸收不但與介質有關，而且與入射光的波長有關。這里為簡單起見，對以上及以后的各個與波長有關的量都省略波長標記，但都應理解為廣

4、譜量。光譜透射率𝑇𝑖與波長𝜆的關系曲線稱為透射曲線。在介質內部（假定內部無散射），光譜透射率𝑇𝑖與介質厚度 d 有如下關系：𝑇𝑖=𝑒-αd 式中，α稱為介質的線性吸收系數(shù)，一般也稱為吸收系數(shù)。它不僅與介質有關，而且與入射光的波長有關。吸收系數(shù)α與波長λ的關系曲線稱為吸收曲線。設光在單一界面上的反射率為 R，則透

5、射光的光強為𝐼𝑇= 𝐼𝑇1 + 𝐼𝑇2 + 𝐼𝑇3 + 𝐼𝑇4 + ... = 𝐼0(1 ? 𝑅)2𝑒 ? ad + 𝐼0(1 ? 𝑅)2𝑅2𝑒 ? 3αd +

6、19868;0(1 ? 𝑅)2𝑅4𝑒 ? 5αd+ 𝐼0(1 ? 𝑅)2𝑅6𝑒 ? 7αd + ...= 𝐼0(1 ? 𝑅)2𝑒 ? ad(1 + 𝑅2𝑒 ? 2αd + 𝑅4𝑒 ? 4αd + 𝑅6

7、𝑒 ? 6αd + ...) =𝐼0(1 ? 𝑅)2𝑒 ? αd1 ? 𝑅2𝑒 ? 2αd式中，I_(T_1 )，I_(T_2 )…分別表示光從界面 2 第一次透射，第二次透射……的光的光強。所以𝑇 =𝐼𝑇𝐼0=(1 ? 𝑅)2𝑒 ? αd1 ?

8、𝑅2𝑒 ? 2αd通常，介質的光譜透射率 和吸收系數(shù) α 是通過測量由同一材料（α 相同）加工成的、表面性質相同（R 相同）但厚度不同的兩塊試樣的光譜外透射率后計算得出的。設兩塊試樣的厚度分別為 和 ， ，光譜外透射率分別為 T_1 和 T_2，則同波長的單色光就相繼從 射出。波長值可從單色儀的波長讀數(shù)裝置上讀出。 𝑆2本實驗實際操作過程中，樣品插放在入射狹縫前，由 2 塊并排擺放的寬為

9、4mm，厚度為 0.8mm、2.8mm 的釹玻璃組成。四、實驗任務及注意事項（一）單色儀的調節(jié)和波長示值的校準1．利用汞燈作為光源校準單色儀的波長示值1）波長讀數(shù)裝置轉到 577.0nm-579.1nm 之間，汞燈放入射狹縫前，S_1、S_2 寬度調至 2mm；2）迎光觀察 S_2 上汞的黃色譜線，用顯微鏡對準出射狹縫，關小入射狹縫使兩譜線分開至較細即可；3）關小出射狹縫，同時微動手輪，是一條譜線在縫中間，使狹縫與譜線同寬，讀單色儀示值

10、；4） 轉手輪 K 讀下一條譜線；5） 檢查測量值與標準值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即儀器系統(tǒng)偏差（要求≤0.2nm）。2．調節(jié)狹縫寬度1） 按步驟 1 中 1）重新調節(jié)狹縫寬度2） 迎光觀察 S_2 上汞的兩條黃色譜線，用顯微鏡對準出射狹縫，調節(jié)入射狹縫 S_1 使兩譜線剛好分開，此時入射狹縫寬約 0.8mm3）調出射狹縫 S_2，轉手輪 K，使出縫寬度與譜線寬度相同，此時 S_1、S_2

11、 同寬，約 0.8mm3．調節(jié)溴鎢燈光如圖 3，將光源聚焦成像在狹縫前。聚光鏡通過光孔徑 ，焦距 ，單色儀球面鏡（準直鏡） 𝑑 = 30mm 𝑓 = 60mm的光闌寬度 。成像規(guī)律遵守高斯公式。 𝐷 = 50mm此外為使球面鏡孔徑 D 充分照明，應使 。𝑑𝐷 =𝑎𝑏（二）測量釹玻璃在 610.0nm-508.0nm 范圍內的吸

12、收曲線用溴鎢燈作光源并進行共軸調節(jié)，使外光路光軸與單色儀光軸重合，避免光線斜入射造成光能損失。1． 手輪 K 調到 610.0nm，通過 觀察透鏡像，移動透鏡，使像位于縫中，縮透鏡 𝑆22． 左右移動溴鎢燈使像全亮。放樣品架 B，記錄無樣品及薄、厚樣品在狹縫中間時的位置3． 裝探測器，打開微電流放大器，微動溴鎢燈，使放大器示值最大4． 調燈絲電流，使使放大器示值在 1700-1900 之間5． 選定厚釹玻璃片，定性觀察釹