用單色儀測(cè)定介質(zhì)的吸收曲線

1、用單色儀測(cè)定介質(zhì)的吸收曲線核 51 粟鵬文 2015011744一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?：了解光譜測(cè)量基本儀器—光柵單色儀的基本構(gòu)造并掌握其使用方法；2：加深對(duì)介質(zhì)光譜特性的了解，掌握測(cè)量介質(zhì)的吸收曲線或透射曲線的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)一束光入射到有一定厚度的介質(zhì)平板上時(shí)，有一部分被反射，另有一部分光被介質(zhì)吸收，剩下的光以介質(zhì)板透射出來。設(shè)有一束波長(zhǎng)為𝜆，入射光強(qiáng)為𝐼0 的單色平行光垂直入射到一塊厚度為 d 的

2、介質(zhì)平板上，如圖1 所示。若從界面 1 射回的反射光的光強(qiáng)為𝐼𝑅，從界面 1 向介質(zhì)內(nèi)透射的光的光強(qiáng)為𝐼1，入射到界面 2 的光的光強(qiáng)為𝐼2，從界面 2 出射的透射光的光強(qiáng)為𝐼𝑇，則定義介質(zhì)板的光譜外透射率𝑇和介質(zhì)的光譜透射率𝑇𝑖分別為：𝑇=𝐼𝑇

3、𝐼0𝑇𝑖= 𝐼2𝐼1 這里，𝐼𝑅，𝐼1，𝐼2，𝐼𝑇都應(yīng)該是光在界面 1 和 2 上以及介質(zhì)中多次反、透射的總效果。通常，介質(zhì)對(duì)光的反射、透射和吸收不但與介質(zhì)有關(guān)，而且與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。這里為簡(jiǎn)單起見，對(duì)以上及以后的各個(gè)與波長(zhǎng)有關(guān)的量都省略波長(zhǎng)標(biāo)記，但都應(yīng)理解為廣

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

5、射光的光強(qiáng)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(qiáng)。所以𝑇 =𝐼𝑇𝐼0=(1 ? 𝑅)2𝑒 ? αd1 ?

8、𝑅2𝑒 ? 2αd通常，介質(zhì)的光譜透射率 和吸收系數(shù) α 是通過測(cè)量由同一材料（α 相同）加工成的、表面性質(zhì)相同（R 相同）但厚度不同的兩塊試樣的光譜外透射率后計(jì)算得出的。設(shè)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(zhǎng)的單色光就相繼從 射出。波長(zhǎng)值可從單色儀的波長(zhǎng)讀數(shù)裝置上讀出。 𝑆2本實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)驗(yàn)任務(wù)及注意事項(xiàng)（一）單色儀的調(diào)節(jié)和波長(zhǎng)示值的校準(zhǔn)1．利用汞燈作為光源校準(zhǔn)單色儀的波長(zhǎng)示值1）波長(zhǎng)讀數(shù)裝置轉(zhuǎn)到 577.0nm-579.1nm 之間，汞燈放入射狹縫前，S_1、S_2 寬度調(diào)至 2mm；2）迎光觀察 S_2 上汞的黃色譜線，用顯微鏡對(duì)準(zhǔn)出射狹縫，關(guān)小入射狹縫使兩譜線分開至較細(xì)即可；3）關(guān)小出射狹縫，同時(shí)微動(dòng)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(zhuǎn)手輪 K 讀下一條譜線；5） 檢查測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)狹縫寬度1） 按步驟 1 中 1）重新調(diào)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(duì)準(zhǔn)出射狹縫，調(diào)節(jié)入射狹縫 S_1 使兩譜線剛好分開，此時(shí)入射狹縫寬約 0.8mm3）調(diào)出射狹縫 S_2，轉(zhuǎn)手輪 K，使出縫寬度與譜線寬度相同，此時(shí) S_1、S_2

11、 同寬，約 0.8mm3．調(diào)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(zhǔn)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(yīng)使 。𝑑𝐷 =𝑎𝑏（二）測(cè)量釹玻璃在 610.0nm-508.0nm 范圍內(nèi)的吸

12、收曲線用溴鎢燈作光源并進(jìn)行共軸調(diào)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(diào)到 610.0nm，通過 觀察透鏡像，移動(dòng)透鏡，使像位于縫中，縮透鏡 𝑆22． 左右移動(dòng)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(shí)的位置3． 裝探測(cè)器，打開微電流放大器，微動(dòng)溴鎢燈，使放大器示值最大4． 調(diào)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