單色儀是一種(zhong)常用(yong)的分(fen)光(guang)(guang)(guang)儀器，利用(yong)色(se)散(san)元件把(ba)復色(se)光(guang)(guang)(guang)分(fen)解為準(zhun)單色(se)光(guang)(guang)(guang)，能輸出一系列(lie)獨立的、光(guang)(guang)(guang)譜區間足夠(gou)窄的單色(se)光(guang)(guang)(guang)，可用(yong)于各(ge)種(zhong)光(guang)(guang)(guang)譜分(fen)析和光(guang)(guang)(guang)譜特性(xing)的研(yan)究，如測(ce)量(liang)介(jie)質的光(guang)(guang)(guang)譜透射率曲線、光(guang)(guang)(guang)源(yuan)的光(guang)(guang)(guang)譜能量(liang)分(fen)布、光(guang)(guang)(guang)電探(tan)測(ce)器的光(guang)(guang)(guang)譜響應等，應用(yong)相當(dang)廣(guang)泛(fan)。

單色儀的原理

單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀是一種分光(guang)(guang)儀器，它(ta)通過(guo)色(se)(se)散元件(jian)的分光(guang)(guang)作用，把復色(se)(se)光(guang)(guang)分解成它(ta)的單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)組成。根據采(cai)用色(se)(se)散元件(jian)的不同(tong)，可分為棱鏡(jing)單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀和光(guang)(guang)柵單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀兩大類(lei)，其應(ying)用的光(guang)(guang)譜區很廣，從紫外、可見、近紅(hong)外一直(zhi)到遠(yuan)紅(hong)外。對不同(tong)的光(guang)(guang)譜區域，一般需換用不同(tong)的棱鏡(jing)或光(guang)(guang)柵。

平面光柵單色儀的(de)工作原(yuan)理是光(guang)(guang)源發出(chu)的(de)光(guang)(guang)均(jun)勻地照(zhao)亮(liang)在(zai)入射(she)狹(xia)縫(feng)(feng)S1上(shang)(shang)，S1位于離(li)軸拋物(wu)鏡(jing)的(de)焦面(mian)上(shang)(shang)。光(guang)(guang)經過(guo)M1平行(xing)照(zhao)射(she)到(dao)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)上(shang)(shang)，并(bing)經過(guo)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)的(de)衍射(she)回到(dao)M1，經M1反射(she)的(de)光(guang)(guang)經過(guo)M2會(hui)聚到(dao)S2出(chu)射(she)狹(xia)縫(feng)(feng)上(shang)(shang)。由于光(guang)(guang)柵(zha)(zha)的(de)衍射(she)作用(yong)，從(cong)出(chu)射(she)狹(xia)縫(feng)(feng)出(chu)來(lai)的(de)光(guang)(guang)線為(wei)單(dan)色光(guang)(guang)。當光(guang)(guang)柵(zha)(zha)轉(zhuan)動時，從(cong)出(chu)射(she)狹(xia)縫(feng)(feng)里出(chu)來(lai)的(de)光(guang)(guang)由短(duan)波到(dao)長(chang)波依次(ci)出(chu)現(xian)。這種光(guang)(guang)學系統稱為(wei)李特洛式(shi)光(guang)(guang)學系統，見下圖所示(shi)。

一般(ban)光(guang)(guang)(guang)源所輻射的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)往(wang)往(wang)是由(you)各種(zhong)波(bo)(bo)長(chang)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)組成。如果各種(zhong)波(bo)(bo)長(chang)是連(lian)續(xu)變化的(de)(de)，那么這類光(guang)(guang)(guang)源稱為連(lian)續(xu)光(guang)(guang)(guang)源。由(you)于光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)譜分布與光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)物質特性有關，因此測(ce)定光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)譜分布是研究物質內部微(wei)觀結構的(de)(de)重要工具之(zhi)一。

單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀的(de)(de)(de)基本特性是其單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)性和(he)(he)出(chu)(chu)射(she)單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)光(guang)的(de)(de)(de)強度，實驗中，一般總是希望出(chu)(chu)射(she)的(de)(de)(de)單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)光(guang)的(de)(de)(de)光(guang)譜寬(kuan)度盡(jin)量(liang)(liang)窄(即單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)性盡(jin)量(liang)(liang)好)和(he)(he)單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)光(guang)的(de)(de)(de)強度盡(jin)量(liang)(liang)高。除了平(ping)面光(guang)柵的(de)(de)(de)色(se)(se)散率(lv)的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)外，單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀出(chu)(chu)射(she)光(guang)的(de)(de)(de)光(guang)譜寬(kuan)度的(de)(de)(de)寬(kuan)窄主要由縫(feng)寬(kuan)，衍射(she)和(he)(he)像(xiang)差等因素決定，其中像(xiang)差在設計調整時已盡(jin)量(liang)(liang)減小(xiao)。在正(zheng)常情況下(xia)，對(dui)單(dan)(dan)(dan)色(se)(se)儀來說，主要是解決縫(feng)寬(kuan)和(he)(he)色(se)(se)差問題。

縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬(kuan)的(de)選(xuan)擇(ze)，一(yi)方面使縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬(kuan)盡可能窄(zhai)，使相(xiang)鄰兩(liang)波(bo)盡可能分開，另一(yi)方面，縫(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)寬(kuan)度(du)(du)又(you)不能太小，否則(ze)出射(she)的(de)單色光(guang)的(de)強度(du)(du)變得太小，而無法(fa)探測到。一(yi)般要(yao)求出射(she)狹(xia)縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬(kuan)等于入射(she)縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬(kuan)，本儀器出入狹(xia)縫(feng)(feng)(feng)(feng)均(jun)為兩(liang)檔(dang)，狹(xia)縫(feng)(feng)(feng)(feng)分別為0.15mm、0.3mm輸出的(de)單色光(guang)譜波(bo)長，從波(bo)長鼓輪直(zhi)接讀取(qu)，至于縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬(kuan)究竟選(xuan)擇(ze)多少，則(ze)要(yao)根據光(guang)強的(de)強弱和接收(shou)器的(de)靈敏(min)度(du)(du)來決(jue)定。

單色儀的分類

單色(se)儀(yi)(yi)有(you)(you)多種，從不同的(de)角度對(dui)它有(you)(you)不同的(de)分(fen)類(lei)，如按物鏡的(de)形成可(ke)分(fen)為(wei)透(tou)射式單色(se)儀(yi)(yi)和反射式單色(se)儀(yi)(yi)，按色(se)散元件可(ke)分(fen)為(wei)棱鏡單色(se)儀(yi)(yi)和光柵單色(se)儀(yi)(yi)。

　棱鏡單色儀：

棱鏡的工(gong)作光(guang)譜區受(shou)到材料的限制(光(guang)的波(bo)長小于120nm，大于50μm時不能使用)，光(guang)柵(zha)單色(se)(se)(se)儀的角色(se)(se)(se)散(san)率與波(bo)長無關，棱鏡單色(se)(se)(se)儀的角色(se)(se)(se)散(san)率與波(bo)長有關。棱鏡單色(se)(se)(se)儀的尺寸越大分(fen)辨率越高，但制造越困難，同樣分(fen)辨率的光(guang)柵(zha)重量輕(qing)，制造容(rong)易。

光柵單色儀：

光柵(zha)單色儀(yi)存在光譜重疊(die)，棱(leng)鏡(jing)光譜儀(yi)沒有(you)(you)。光柵(zha)單色儀(yi)存在鬼線(由于刻劃誤差(cha)造成)，棱(leng)鏡(jing)單色儀(yi)沒有(you)(you)。

單色儀的定標

單(dan)色儀出廠時，一般都附有定標曲(qu)線的數據或圖表供查閱，但經(jing)過長期使(shi)用或重新(xin)裝調后，數據會發生變化(hua)，需重新(xin)定標，以對(dui)原數據進行修(xiu)正。

單色儀的(de)定標是借助于(yu)波長已知的(de)線光譜以(yi)獲取對(dui)應的(de)鼓輪讀數(shu)。為(wei)了獲得較多的(de)點，必須有一組光源。通常采用汞(gong)燈(deng)、氫燈(deng)、鈉燈(deng)、氖(nai)燈(deng)以(yi)及用銅、鋅(xin)、鐵做電極的(de)弧光光源等。

1、觀察入(ru)射(she)狹縫(feng)和出射(she)狹縫(feng)的(de)結構，了解(jie)縫(feng)寬(kuan)的(de)調(diao)節(jie)、讀數(shu)以(yi)及狹縫(feng)使用時(shi)的(de)注(zhu)意(yi)事項(xiang)，選取適當的(de)縫(feng)寬(kuan)以(yi)獲取足夠的(de)強(qiang)度(du)及較好(hao)的(de)單(dan)色性。

2、在(zai)入射(she)(she)狹縫前放置(zhi)汞(gong)燈(deng)，為了充分利用進入單色儀的(de)(de)光(guang)能，光(guang)源(yuan)應放置(zhi)在(zai)入射(she)(she)準直系統(S1和M1)的(de)(de)光(guang)軸上。在(zai)單色儀光(guang)源(yuan)與入射(she)(she)縫之(zhi)間加入聚光(guang)透(tou)鏡，適當選擇透(tou)鏡的(de)(de)焦距(ju)和口(kou)徑，使其相對(dui)口(kou)徑與儀器的(de)(de)相對(dui)口(kou)徑匹(pi)配。這樣，可獲得max亮度的(de)(de)出射(she)(she)譜線，同(tong)時又減(jian)少了單色儀內(nei)部(bu)的(de)(de)雜散光(guang)。調節聚光(guang)透(tou)鏡的(de)(de)位置(zhi)，使出射(she)(she)狹縫呈現的(de)(de)譜線明亮。

3、將低(di)倍顯微鏡置于出射狹縫(feng)(feng)處(chu)，對出射狹縫(feng)(feng)進行調焦，使顯微鏡視場中觀察到的(de)汞(gong)譜(pu)(pu)線清晰。為使譜(pu)(pu)線盡量細(xi)銳并(bing)有足夠的(de)亮度，應使入射縫(feng)(feng)S1盡可能(neng)小，出射狹縫(feng)(feng)可適當大些。根據可見光區汞(gong)燈(deng)主要譜(pu)(pu)線的(de)波長、顏色、相對強度和譜(pu)(pu)線間距辨認譜(pu)(pu)線。

4、使顯微(wei)鏡(jing)(jing)的(de)十字叉(cha)絲(si)對準(zhun)出射(she)狹(xia)縫的(de)中心(xin)位置，緩(huan)慢地轉動鼓(gu)輪(lun)，直(zhi)到各(ge)譜線中心(xin)依次對準(zhun)顯微(wei)鏡(jing)(jing)的(de)叉(cha)絲(si)時，分(fen)別記下(xia)鼓(gu)輪(lun)讀數(L)與(yu)其(qi)所對應的(de)波(bo)長(λ)。為了避免(mian)回(hui)程差，應采用從紫光到紅光(或相反)的(de)過程，重復測量幾(ji)次，取其(qi)平均值。

5、以光譜線波長(chang)(λ)為橫坐(zuo)標(biao)，鼓(gu)輪讀數(L)為縱(zong)坐(zuo)標(biao)畫曲線，即(ji)能得到(dao)單色(se)儀的定標(biao)曲線。

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