用单色仪测定介质的吸收曲线
一、 实验目的
1、 了解单色仪的构造原理并掌握其使用；
2、 加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法； 3、 初步了解光电池的工作原理及其应用。
二、 实验原理
当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光以介质板透射出来。
设有一束波长为 ，入射光强为 行光垂直入射到一块厚度为d的介质平图1所示。若从界面1射回的反射光的光从界面1向介质内透射的光的光强为界面2的光的光强为 ，从界面2出射的光强为 ，则定义介质板的光谱外透射的光谱透射率 分别为：
这里， ， ， ， 都应该是光在界面1和2上以及介质中多次反、透射的总效果。
通常，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质有关，而且与入射光的波长有关。这里为简单起见，对以上及以后的各个与波长有关的量都省略波长标记，但都应理解为广谱量。光谱透射率 与波长 的关系曲线称为透射曲线。在介质内部（假定内部无散射），光谱透射率 与介质厚度d有如下关系：
式中， 称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。它不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数 与波长 的关系曲线称为吸收曲线。
设光在单一界面上的反射率为R，则透射光的光强为
的单色平板上，如强为 ， ，入射到透射光的率 和介质
式中， ， …分别表示光从界面2第一次透射，第二次透射……的光的光强。所以
通常，介质的光谱透射率Ti和吸收系数 是通过测量由同一材料（ 相同）加工成的、表面性质相同（R相同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为d1和d2，d2?d1，光谱外透射率分别为 和 ，则
又一般R和 都很小，故上式可近似为
（ ） 所以
综合以上
本实验中采用光电池和微电流放大器测量光强。合适条件下，光电池输出的光电流与照射到它表面的光的光强成正比。光电流经由微电流放大器后由数字表直接显示其数值，从而计算光谱透射率和吸收系数，即
其中， 和 分别表示式样厚度为 和 时微电流放大器上数字表的示值。
三、 实验装置
图2是实验装置示意图。本实验中使用单色仪为WDM1型光栅单色仪。它的光学系统由三部分组成：入射狭缝 和准直球面反射镜 构成入射准直系统，以产生平行光束；反
射光栅G为色散元件，以产生各种波长的单色光；聚焦球面反射镜 、平面反射镜 及出射狭缝 构成出射聚光系统，将光栅分出的单色光汇聚在出射狭缝 上。图中汞灯P用于单色仪的校准。溴钨灯F用于测量，溴钨灯的工作电流有恒流源控制。自制的微电流放大器由高精度运放与数字显示组成。
会聚透镜L将光源F发出的白光会聚到入射狭缝 上，然后投射到 上。由于 处在 的焦平面上，因此 的反射光成为平行光。此平行光经光栅G衍射后分成一系列衍射方向不同的各种波长的单色平行光。由于光栅装置是与单色仪的传动机构相连的，因此当转动调节手轮K时，可使光栅旋转，让不同波长的单色平行光相继投射到聚焦球面反射镜 上，并经平面镜 反射后成像于出射狭缝 上。如果 宽窄合适，不同波长的单色光就相继从 射出。波长值可从单色仪的波长读数装置上读出。
本实验实际操作过程中，样品插放在入射狭缝前，由2块并排摆放的宽为4mm，厚度为0.8mm、2.8mm的钕玻璃组成。
四、 实验任务及注意事项
（一）单色仪的调节和波长示值的校准 1．利用汞灯作为光源校准单色仪的波长示值
1）波长读数装置转到577.0nm-579.1nm之间，汞灯放入射狭缝前， 、 宽度调至
2mm；
2）迎光观察 上汞的黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两谱线分开
至较细即可；
3）关小出射狭缝，同时微动手轮，是一条谱线在缝中间，使狭缝与谱线同宽，读单色
仪示值；
4） 转手轮K读下一条谱线；
5） 检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器系统
偏差（要求 ）。
2．调节狭缝宽度
1） 按步骤1中1）重新调节狭缝宽度
2） 迎光观察 上汞的两条黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，调节入射狭缝 使两谱
线刚好分开，此时入射狭缝宽约0.8mm
3）调出射狭缝 ，转手轮K，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时 、 同宽，约0.8mm 3．调节溴钨灯光