單色儀是一種常用的分光儀器，利用色散元件把復(fù)色光分解為準(zhǔn)單色光，能輸出一系列獨(dú)立的、光譜區(qū)間足夠窄的單色光，可用于各種光譜分析和光譜特性的研究，如測量介質(zhì)的光譜透射率曲線、光源的光譜能量分布、光電探測器的光譜響應(yīng)等，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

單色儀的原理

單色儀是一種分光儀器，它通過色散元件的分光作用，把復(fù)色光分解成它的單色組成。根據(jù)采用色散元件的不同，可分為棱鏡單色儀和光柵單色儀兩大類，其應(yīng)用的光譜區(qū)很廣，從紫外、可見、近紅外一直到遠(yuǎn)紅外。對不同的光譜區(qū)域，一般需換用不同的棱鏡或光柵。

平面光柵單色儀的工作原理是光源發(fā)出的光均勻地照亮在入射狹縫S1上，S1位于離軸拋物鏡的焦面上。光經(jīng)過M1平行照射到光柵上，并經(jīng)過光柵的衍射回到M1，經(jīng)M1反射的光經(jīng)過M2會聚到S2出射狹縫上。由于光柵的衍射作用，從出射狹縫出來的光線為單色光。當(dāng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從出射狹縫里出來的光由短波到長波依次出現(xiàn)。這種光學(xué)系統(tǒng)稱為李特洛式光學(xué)系統(tǒng)，見下圖所示。

一般光源所輻射的光往往是由各種波長的光組成。如果各種波長是連續(xù)變化的，那么這類光源稱為連續(xù)光源。由于光源的光譜分布與光的物質(zhì)特性有關(guān)，因此測定光源的光譜分布是研究物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的重要工具之一。

單色儀的基本特性是其單色性和出射單色光的強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)中，一般總是希望出射的單色光的光譜寬度盡量窄(即單色性盡量好)和單色光的強(qiáng)度盡量高。除了平面光柵的色散率的大小外，單色儀出射光的光譜寬度的寬窄主要由縫寬，衍射和像差等因素決定，其中像差在設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)已盡量減小。在正常情況下，對單色儀來說，主要是解決縫寬和色差問題。

縫寬的選擇，一方面使縫寬盡可能窄，使相鄰兩波盡可能分開，另一方面，縫的寬度又不能太小，否則出射的單色光的強(qiáng)度變得太小，而無法探測到。一般要求出射狹縫寬等于入射縫寬，本儀器出入狹縫均為兩檔，狹縫分別為0.15mm、0.3mm輸出的單色光譜波長，從波長鼓輪直接讀取，至于縫寬究竟選擇多少，則要根據(jù)光強(qiáng)的強(qiáng)弱和接收器的靈敏度來決定。

單色儀的分類

單色儀有多種，從不同的角度對它有不同的分類，如按物鏡的形成可分為透射式單色儀和反射式單色儀，按色散元件可分為棱鏡單色儀和光柵單色儀。

　棱鏡單色儀：

棱鏡的工作光譜區(qū)受到材料的限制(光的波長小于120nm，大于50μm時(shí)不能使用)，光柵單色儀的角色散率與波長無關(guān)，棱鏡單色儀的角色散率與波長有關(guān)。棱鏡單色儀的尺寸越大分辨率越高，但制造越困難，同樣分辨率的光柵重量輕，制造容易。

光柵單色儀：

光柵單色儀存在光譜重疊，棱鏡光譜儀沒有。光柵單色儀存在鬼線(由于刻劃誤差造成)，棱鏡單色儀沒有。

單色儀的定標(biāo)

單色儀出廠時(shí)，一般都附有定標(biāo)曲線的數(shù)據(jù)或圖表供查閱，但經(jīng)過長期使用或重新裝調(diào)后，數(shù)據(jù)會發(fā)生變化，需重新定標(biāo)，以對原數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

單色儀的定標(biāo)是借助于波長已知的線光譜以獲取對應(yīng)的鼓輪讀數(shù)。為了獲得較多的點(diǎn)，必須有一組光源。通常采用汞燈、氫燈、鈉燈、氖燈以及用銅、鋅、鐵做電極的弧光光源等。

1、觀察入射狹縫和出射狹縫的結(jié)構(gòu)，了解縫寬的調(diào)節(jié)、讀數(shù)以及狹縫使用時(shí)的注意事項(xiàng)，選取適當(dāng)?shù)目p寬以獲取足夠的強(qiáng)度及較好的單色性。

2、在入射狹縫前放置汞燈，為了充分利用進(jìn)入單色儀的光能，光源應(yīng)放置在入射準(zhǔn)直系統(tǒng)(S1和M1)的光軸上。在單色儀光源與入射縫之間加入聚光透鏡，適當(dāng)選擇透鏡的焦距和口徑，使其相對口徑與儀器的相對口徑匹配。這樣，可獲得max亮度的出射譜線，同時(shí)又減少了單色儀內(nèi)部的雜散光。調(diào)節(jié)聚光透鏡的位置，使出射狹縫呈現(xiàn)的譜線明亮。

3、將低倍顯微鏡置于出射狹縫處，對出射狹縫進(jìn)行調(diào)焦，使顯微鏡視場中觀察到的汞譜線清晰。為使譜線盡量細(xì)銳并有足夠的亮度，應(yīng)使入射縫S1盡可能小，出射狹縫可適當(dāng)大些。根據(jù)可見光區(qū)汞燈主要譜線的波長、顏色、相對強(qiáng)度和譜線間距辨認(rèn)譜線。

4、使顯微鏡的十字叉絲對準(zhǔn)出射狹縫的中心位置，緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，直到各譜線中心依次對準(zhǔn)顯微鏡的叉絲時(shí)，分別記下鼓輪讀數(shù)(L)與其所對應(yīng)的波長(λ)。為了避免回程差，應(yīng)采用從紫光到紅光(或相反)的過程，重復(fù)測量幾次，取其平均值。

5、以光譜線波長(λ)為橫坐標(biāo)，鼓輪讀數(shù)(L)為縱坐標(biāo)畫曲線，即能得到單色儀的定標(biāo)曲線。

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