实验十四 单色仪的应用
单色仪是将光源发出的复色光用色散元件把它分解为单色光的仪器，这种仪器可用于各种光谱特性的研究：如测量介质的光谱透射率曲线，光源光谱的光强分布、光电探测元件的光谱响应等等。

在实验室中常用到的单色仪基本有二类，一类是透射式单色仪，如图1所示，这种单色仪的入射光和出射光恒成90°夹角。

成像系统由透镜组成，常用于可见光范围，它的优点是聚光本领强；另一类是反射式单色仪，如图2所示，这种单色仪入射光与出射光夹角为 122，成像系统由反射镜组成，它的优点是使用范围大，只要置换不同的棱镜，使用范围可以从紫外光一直到红外光，本实验所用的正是此类单色仪。

【实验目的】
1． 了解单色仪的结构和原理，学会正确使用的方
法。

2． 以高压汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可
见光区域进行定标。

3． 测定汞灯谱线的光强分布。

【实验原理】
反射式棱镜单色仪外形为一圆盘（如图2）它主要有三部分组成：①入射缝1S 和凹面镜1M ，组成了入射
系统，以产生平行光；②平面镜2M 和棱镜P 组成色散系统； ③凹面镜3M 和出射缝2S 组成聚光出射系统 ，它将棱镜分出的单色平行光由3M 汇聚在出射缝2S 上。

图中平面镜2M 和棱镜P 所放的位置，对以最小偏向角通过棱镜的平行光束而言，可使入射到2M 的光束与从棱镜出射的光束平行。

这样，以最小偏向角通过棱镜某波长的光，经3M 反射后恰恰成像在出射缝处。

因此，只要1S 和1M 保持不变的情况下，当棱镜P 和反射镜2M 同步转动时，对应于最小偏向角的光的波长也跟着改变，出射缝2S 就有不同波长的单色光射出。

由于光束以最小偏向角通过棱镜，所以光缝单色像的像差最小。

出射的光束单色性好。

而棱镜P 和平面镜2M 的转动机构与仪器下部的转动轴杆鼓轮相连，鼓轮上刻有均匀的分度线，因而出射波长 与鼓轮读数R 相对应。

单色仪出厂时有对应（定标）曲线的数据。

但经过一段时间使用后，定标会有所漂移。

因此，在使用单色仪前需作重新定标。

【实验内容】
1.光路调整。

调光前使单色仪呈水平，使汞灯的中心，聚光透镜的中心，入射缝的中心都在入射缝和准直反射镜1M 光轴的延长线上，汞灯置于4倍的透镜焦距之处，首先直接用肉眼在入射缝处观察光源的像，移动光源或透镜的前后位置使光源成像于入射缝1S 处。

2.入射缝和出射缝的实际零点的确定
光缝长期使用后，它的实际零点往往与示值不符，故在使用单色仪前应先确定入射缝和出
图 1
图2
射缝的零点。

入射缝零点的确定：先将出射缝2S 放宽一些，并在2S 前用显微镜观察，调节镜筒看到2S 两边的刀口清晰，调节目镜，使驻叉丝明显，转动螺杆从2S 缝中看到绿线光，然后慢慢缩小1S 的宽度，到刚好谱线消失，这时1S 刚好闭合，记下1S 调节螺旋的读数。

即为1S 的零点。

测入射缝
1S 零点之后，将1S 放宽些，用类似的方法测出射缝2S 的零点。

3．检查聚焦镜3M 的聚焦和出射缝的平行度，通过显微镜观察，如果能同时看清谱线和2S 的两片刀口，则聚焦符合要求。

否则，谱线不在2S 的平面上，要影响出射光的强度和单色性，此时，可松开出射光管上的固定螺圈调节2S 对于3M 的位置，以达到要求，同时应使出射缝2
S 的边缘和谱线平行（一般说此项调节出厂时已做好）。

4．狭缝宽度的要求：为了获得较好的单色性，出射光强必须适当选择缝的宽度，一般出射缝2S 比入射缝1S 稍宽一些，入射缝的宽窄程度应以在显微镜中能将5770Å的两条黄线分开为准，一般在0.05~0.10mm 之间，入射缝也不能太窄，以免有衍射。

另外，还要考虑到入射光的强度，强度大缝可适当窄一些，反之则宽一些。

5．制作定标曲线R -λ图
（1）首先将汞灯在可见光范围内的谱线全部看一遍，对照表一，找出强度在螺丝上12~14条谱线，若弱谱线也看清更好。

（2）转动读数鼓轮将4047Å（深紫色）谱线调到读数显微镜叉丝上，读记鼓轮读数。

继续测量一条条谱线直到6907Å为止。

以光谱的波长λ为横坐标，以鼓轮读数R 为纵坐标，作R -λ图，即为单色仪的定标曲线
6．测量谱线对应的光强分布
在出射口装上光电管及微电流电流计，按鼓轮对应的波长，测量其相对强度。

以相对强度I 为纵坐标，波长λ为横坐标，作谱线光强分布图I-λ曲线。

【附表】。