实验报告：谱线宽度的测量

谱线宽度的测量

实验报告：谱线宽度的测量

光信3班 马志洪 08323067

实验过程简述：

1、 打开计算机，学习谱线宽度测量软件的操作方法。

注意：1）选择图像区域时区域内必须有三条或以上的谱线。

2）输入参数已经确定，每次进行谱线的相关运算时无须修改。

3）背景光的选取时选取黑色部分即可，在图像范围内均匀选取为佳。

2、先在没有加入L-G板的情况下，调整光路，至在计算机上能看到清晰光斑为止。

操作简述及实验体会：

1） 在此阶段，我们主要通过调整汞灯位置、透镜位置及其角度、CCD位置观测图像变化。

2） 如若通过调整，尽可能地把光束集中射入棱镜摄谱仪中，可以增加光强，从而使计算机中的谱线更加明亮。

3） 调整CCD的位置，尽可能地提高对焦效果，可以让计算机中的谱线图像更加清晰，特别是在谱线的边缘位置，锐度会明显地提高。

3、 在看到清晰光斑后，在光路中加入L-G板，调整光路，至在计算机中看到清晰的谱线为止。

操作简述及实验体会：

1） 首先得到的图像呈现“梯”形，两侧的垂直光线是由于光线泄露造成的。

2） 我们尝试调整L-G板的位置，情况有所改善，但“梯”形始终没有消失。

3） 后来我们用纸挡住了第一个透镜的部分面积，效果良好，图像中只剩横着的平行谱线。

4） 在调整阶段，为了更好的结合图像，我们把计算机的显示器挪动了一下，这个小调整我们实验的进行更加顺利。

5） 在一段时间内，在谱线的边缘始终有一天暗纹，使得谱线的图像中多出一个小峰。我们通过重新调整CCD、透镜距离、L-G板的位置等，最后得出6个比较好的谱线。

6） 后来经过筛选，决定选取以下3个作最后的实验分析。

谱线宽度的测量

谱线1：

图1： 谱线1在计算机中的谱线图像

图2：谱线1利用软件计算后所得的图像

已输入:l=1(像素); h=3.53mm; n=1.51000; λ=546.07nm

根据公式: Δλ=λ×λ÷(2h)÷√(n×n-1) ， 而 dλ=(l/L)×Δλ，则谱线半高宽为 Wdλ

经过计算，得到以下结果：

干涉条纹相邻数序的线距离 L=149.000(像素)

色散范围 Δλ=0.03733nm

最小波差 dλ=0.00025nm

由光强曲线共检出3个峰(纵向像素位置,灰度值)分别为:

(77,85.84028) (223,73.09822) (377,61.61030)

第1个峰的谱线半高宽W为: 50(像素)

因此由第1个峰计算得谱线宽度为: 0.01253nm

谱线宽度的测量

第2个峰的谱线半高宽W为: 37(像素)

因此由第2个峰计算得谱线宽度为: 0.00927nm

第3个峰的谱线半高宽W为: 30(像素)

因此由第3个峰计算得谱线宽度为: 0.00752nm

综合上述结果，可得谱线宽度为： 0.00977nm

谱线2：

图3： 谱线2在计算机中的谱线图像

图4：谱线2利用软件计算后所得的图像

已输入:l=1(像素); h=3.53mm; n=1.51000; λ=546.07nm

根据公式: Δλ=λ×λ÷(2h)÷√(n×n-1) ， 而 dλ=(l/L)×Δλ，则谱线半高宽为 Wdλ

经过计算，得到以下结果：

干涉条纹相邻数序的线距离 L=149.000(像素)

谱线宽度的测量

色散范围 Δλ=0.03733nm

最小波差 dλ=0.00025nm

由光强曲线共检出3个峰(纵向像素位置,灰度值)分别为:

(87,96.41858) (232,80.67473) (385,67.48070)

第1个峰的谱线半高宽W为: 49(像素)

因此由第1个峰计算得谱线宽度为: 0.01228nm

第2个峰的谱线半高宽W为: 38(像素)

因此由第2个峰计算得谱线宽度为: 0.00952nm

第3个峰的谱线半高宽W为: 29(像素)

因此由第3个峰计算得谱线宽度为: 0.00727nm

综合上述结果，可得谱线宽度为： 0.00969nm

谱线3：

图5： 谱线3在计算机中的谱线图像

图6：谱线3利用软件计算后所得的图像

谱线宽度的测量

已输入:l=1(像素); h=3.53mm; n=1.51000; λ=546.07nm

根据公式: Δλ=λ×λ÷(2h)÷√(n×n-1) ， 而 dλ=(l/L)×Δλ，则谱线半高宽为 Wdλ

经过计算，得到以下结果：

干涉条纹相邻数序的线距离 L=152.000(像素)

色散范围 Δλ=0.03733nm

最小波差 dλ=0.00025nm

由光强曲线共检出3个峰(纵向像素位置,灰度值)分别为:

(69,95.92552) (217,87.90258) (375,73.99383)

第1个峰的谱线半高宽W为: 44(像素)

因此由第1个峰计算得谱线宽度为: 0.01081nm

第2个峰的谱线半高宽W为: 38(像素)

因此由第2个峰计算得谱线宽度为: 0.00933nm

第3个峰的谱线半高宽W为: 31(像素)

因此由第3个峰计算得谱线宽度为: 0.00761nm

综合上述结果，可得谱线宽度为： 0.00925nm、

综上，标准差为：

= 0.02%

备注：思考题已在预习报告中完成。