分光计,是使光按波长分散兼供光学测量的仪器。一般由准直管、棱镜台和望远镜3种主要部件构成。

可用于测量波长、棱镜角、棱镜材料的折射率和色散率等。

中文名

分光计

外文名

spectrometer

原理

光学元件的反射

可测量物理量

折射率、波长、色散率、衍射角

使用难点

调节

性质

精密仪器

术语简介

分光计是精确测定光线偏转角的仪器, 也称测角仪。

它是光学实验中常用的的实验仪器。光学中的许多基本量如波长、折射率都可以直接或间接地用光线的偏转角来表示, 因而这些量都可以用分光计来测量。

分光计

分光计的基本光学结构又是许多光学仪器(如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等)的基础。它在物理实验中既能够培养学生的基本实验技能,又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,因此它是大学物理实验的必作实验。

在观察有关现象和测量角度时,为获得正确的测量结果,必须保证让分光计的光学系统(准直管和望远镜)要适合平行光。

即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直, 以保证观察面是一个平面。这也是调节步骤中难度最大的。

中学里常用的分光计一般由装在三脚座上并在同一平面内的准直管、棱镜台和望远镜三个主要部件构成。棱镜台为一圆盘,可以绕中心轴转动,其底座上刻有游标。望远镜则和底座外围刻有角度读数的圆环相连,它们也可以绕中心轴旋转。但准直管的位置固定。从光源发出的光。经准直管变为平行光,再经棱镜色散,改变方向,用望远镜观察而在圆环上读出所偏转的角度。望远镜中还装有准丝以增加测量的精确度。

1814年,夫琅和费在研究太阳暗线时改进了当时的观察仪器,设计了由平行光管、三棱镜和望远镜组成的分光计。这是第一个分光计的出现,其设计思想、基本构造原理是现代光谱仪、摄谱仪设计制造的基本依据。分光计经常用来测量光的波长、棱镜角、棱镜材料的折射率和色散率等。

结构原理

各种型号的分光计,其光学原理基本相同,主要部件包括望远镜、平行光管、载物台(台上安置分光用的三棱镜或光栅)、刻度盘和游标盘、底座五大部分。

望远镜

望远镜由物镜和目镜组成,物镜和目镜之间有分划板。分划板紧贴一个直角三棱镜,在棱镜的直角面上有一个被光源照亮的小绿十字,其中心位置与分划板刻线的上交点对称。

平行光管

它的作用是产生平行光。管的一端装有一个消色差的复合正透镜, 另一端是装有狭缝的套管。

载物台

载物台是用来放置待测器件的。它的下方有三个螺钉, 形成一个正三角, 用来调节分光元件的方位。

刻度盘和游标盘

分光计

刻度圆盘的游标盘套在分光计的中心转轴上且可绕主轴转动。

若圆盘转过一个角度, 可以从游标读出这个角度的数值。圆盘面有720等分线, 每格值为0. 5°即30′。0. 5°以下则需用游标来读数。

底座

底座的中心有沿铅直方向的转轴套,称为分光计的主轴。通过使用相应的止动螺钉和微调螺钉,可以使望远镜、刻度盘、游标盘、载物台等绕分光计主轴自由转动,或作微小转动,或固定不动。

调节技巧

在分光计调节中,难点是掌握使望远镜轴线与平台转轴垂直的方法与技巧。认真细致的粗调和“各半调节法”是实现这一调节的前提和基础。

正确的调节方法必须先进行粗调,即一面用手来回旋转分光计的刻度盘或平台,使平台上平面镜法线方向在望远镜的轴线方向左右来回通过,同时用眼睛在望远镜附近上下来回移动,耐心地寻找,找到由平面镜反射回的光斑,这是寻找光斑的关键。

分光计

找到光斑后,进一步要判断看到的光斑在望远镜的上方还是下方。从而有目的地调节望远镜的仰角或平台的倾斜度。

使看到光斑的眼睛与望远镜在同一平面上(注意在调节仰角或倾斜度时必须同时看住光斑,以免光斑“跑掉”)。

总之,先从望远镜外面找到光斑,然后逐步调节光斑接近望远镜轴线方向,最后让光斑进入望远镜内,再进一步在望远镜内调节。