一、实验目的

　　1.学习和掌握干涉滤光片的滤光原理和结构

　　2、了解光栅光谱仪的光学原理，掌握其使用方法;

　　3.测量滤光片的光谱特性曲线。

　　二、实验仪器用具

　　WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪一台;WGD-4A型组合式多功能光栅光谱仪一台;标准滤光片一组。

　　三、实验原理

　　1.测量滤光片的频谱特性

　　滤光片是一种只让某一波段范围内的光透过(即透射率较大)的光学元件。对某一特定的滤光片则是只让这种波长光透过，其它波长光不能透过。透光片按其结构可分为吸收滤光片和干涉滤光片两类。描述滤光片的主要性能指标有三：

　　(1)峰值波长;

　　(2)峰值投射率;

　　(3)光谱宽度。

　　理论上单一波长的谐波只是理想情况，任何实际的波列都有一定的谱线宽度。例如：白炽灯就包括可见光范围(4000~7600Å)内的全部波长，以及某些紫外和红外的波长，实验室常用的单色光源：钠灯和水银灯，其谱线也包括一个很小的波长范围，如图1所示。谱线中心的强度I0最大，波长是l0，中心两边强度对称的下降，在l0±Dl/2处下降到I0/2。Dl就是谱线宽度，它表示谱线的单色性的好坏，Dl越小，谱线的单色程度就越高。

　　四、仪器原理及结构

　　WGD-3型和WGD-4A型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图2。

　　入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0—2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S2位于反射式准光镜M2的焦平面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投入平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜成像在S2上或S3上。

　　波长范围WGD-3型光栅光谱仪 200—800nm

　　WGD-4A型光栅光谱仪 800—2000nm

　　五、实验步骤

　　(一)仪器的准备与启动

　　1.接通电源后，检查接线是否正确，并按顺序依次打开光栅光谱仪和电脑。

　　2.狭缝的调整

　　宽度范围0—2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm，调节时注意最大不超过2.5mm，也不能调至接近于0mm，这样会既无光强输入，又易损坏狭缝。

　　3.转换开关

　　检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，若扫描滤波片光谱特性，请将扳手放在“光电倍增管”档，若观察谱线，可将旋钮指示停在“观察档”。

　　4.软件的启动

　　执行桌面的快捷方式“WGD多功能光栅光谱仪”，即可启动控制处理系统。进入系统，等待五秒钟后，弹出一个对话框，让用户确认当前的波长位置是否有效，是否重新初始化。选择取消，进行初始化，等待大约两分钟后，进入工作界面。工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、状态栏、参数设置区以及寄存器信息提示区等组成。如图3。

　　(二)测量

　　1.WGD-3型光栅光谱仪光源的测量

　　(a)首先选择参数设置区的“参数设置”项，模式选择基线(E)，间隔设为1.0nm，起始波长和中止波长设为200nm和800nm，最大值和最小值分别为30和0。

　　(b)执行主工具栏的检索命令，弹出输入框。在编辑框中输入200，单击“确定”按钮，系统将显示“正在检索，请稍等!”，大约一分钟后，检索完毕，点击主工具栏的“单程”选项。此时，系统将从起始波长处开始扫描。

　　(c)扫描完毕后，点击辅工具栏的S/R，选择确定，则图形变得较为平滑(如果频谱图效果不好，可多平滑几次)，执行辅工具栏中的命令，当光标落在工作区中时，点击鼠标左键时，系统将光标定位在于该点横坐标最接近的谱线数据点上，并在数值框中显示该数据点的信息。用鼠标左键在不同位置点击，可以读取不同的数据点，也可使用键盘方向键的左右二键移动光标读取数据点信息，单击鼠标右键，退出读取。

　　记录下光源的中心波长l0，并绘出光谱图。

　　2.滤光片的光谱特性测量

　　(a)550nm滤光片光谱特性的测量

　　适当改变出射狭缝的宽度(约为0.2mm)，将滤光片放入载物池，工作范围中的起始波长及中止波长改为400nm和700nm，然后“检索”波长到400nm处，开始“单程”扫描，完毕后平滑处理，记录下中心波长l0及能量值，在用键盘方向键的左右二键找到最接近中心能量值一半处的波长值，记录下来，算出谱线宽度Dl。

　　选择主工具栏的保存选项，保存当前的数据图形。

　　(b)600nm滤光片光谱特性的测量

　　将工作范围改为450nm到750nm，“检索”波长到450nm，其他步骤同上一步相同，记录相应数据并保留图形。

　　(c)650nm滤光片光谱特性的测量

　　将工作范围改为500nm到800nm，“检索”波长到500nm，其他步骤同上一步相同，记录相应数据并保留图形。

　　(d)选出一副单色性最好的光谱特性图打印出来，标明其中心波长和谱线宽度。

　　3.WGD-4A型光栅光谱仪的使用与测量

　　(a)光源的测量

　　方法同WGD-3型光栅光谱仪相同，其相应的数据改为：间隔设为2.0nm，起始波长和中止波长设为800nm和1600nm，最大值和最小值分别为1000和0，检索时输入800nm。

　　记录下光源的中心波长l0，并绘出光谱图。

　　(b)滤光片的光谱特性测量

　　将参数设置中的最大值改为35，分别在载物池放入950nm，1000nm，1100nm滤光片，波长范围分别为800nm—1100nm，850—1150nm，900nm—1200nm，测量方法同WGD-3型相同，记录相应数据和图形。

　　(三)思考题

　　1.试验中所得的中心波长是否与滤波片上标明的中心波长相同?如不同，试分析其原因。

　　2.滤波片频谱特性图上除谱线宽度范围外，其它波段上是否能量都为0，如不是，分析其原因。

　　附：实验中注意事项

　　1.光学仪器表面，尤其是通光面不得用汗手或油手触摸。

　　2.开关光谱光栅仪与启动电脑要按着顺序依次进行，正确顺序为：使用时先开谱仪再开电脑，结束时，先关电脑，再关光谱仪。

　　3.程序扫描过程中，不可改变狭缝的大小，如改变了需重新测量。

　　4.使用软件过程中，不可强行退出，否则有可能导致系统无法正常使用，需重起计算机。

　　5.软件的其他参数设置请勿随意更改。