文档介绍：光学多道与氢、氘同位素光谱
武晓忠 201211141046
(北京师范大学2012 级非师范班)
指导教师：何琛娟
实验时间：
摘 要 本实验通过光学多道分析仪来研究了 H、D的光谱，观察并了解了 H、D原子谱原理为光电效 应，当光照到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子，这些光电子按聚集极电场进入倍增 系统，并通过进一步的二次发射得到倍增放大，放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因 为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光 探测器中具有极高的灵敏度和极低的噪声。故实验中用光电倍增管观察两条距离很近的谱线 的分离，更加精确。
3、实验
实验仪器
实验中主要用到光栅多色仪、CCD光电探测器和光电倍增管。在光栅多色仪中，我们使 用的是闪耀光栅。在狭缝S1前放置光源，若将光栅多色仪的观察窗置于CCD处，则光在经 过光栅多色仪后出射到 CCD 光电探测器上，通过光电转化得到氢的光谱。由于实验中采用 的是定标的方式，因此实验结果较为准确。而在测量氢氘谱线时，由于氢光谱和氘光谱的波 长差较小，我们需要将小信号放大，因此将观察窗置于光电倍增管处。我们在实验中使用的 是具有2048个像元的线阵列CCD器件。
实验方法
在实验开始前估算n2分别等于3,4,5时氢光谱的巴尔末系波长(结果如表1所示)，接 下来用He (Ne)谱线作为已知波长进行波长测量的定标。选择哪种灯根据待测谱线附近哪种 原子的谱线较多来确定。在使用
CCD来对光谱测定时，只能显示一个22nm的标度，我们并 不能够知道谱线和波长的对应关系。根据估算出的待测氢谱线来确定标准谱，选定标准谱在 估测待测的氢，谱线附近，并且反复调节中心波长使得同一个摄谱范围内既可以观察到待测 的氢谱线，也可以观察到至少两根标准谱线。在标度内，光栅光谱仪的扫描谱线与对应波长 的关系满足线性关系（近似），因此可以通过线性方式来定标。
之后用光电倍增管对H-D光谱进行测量。先用CCD检测H-D光源的每一条谱线确定同一 级别（n2）相同的谱线是分离的。然后选择光栅光谱仪的倍增管模式，对400-600nm之间的 谱线进行单程扫描，然后分别对n2=3,4,5的谱线进行“扩展”和“寻峰”，观察分立的两 条光谱。测出氢氘光谱线的波长，算出相互间的波长差。将用光电倍增管测出的氢光谱与步 骤1 中所测出的氢光谱比较并进行波长修正。由于所做的实验在空气中，因此我们需要将波
长换算成真空中的波长及波数。最后计算出RH和Rd，%并与公认值比较，并以波数为单位, mp
按比例画出氢、氘的能级图。
表 1:氢氘光谱的估算
RH=-1, RD=-1
n
2
3
4
5
6
入 H/nm
入 D/nm
在实验过程中对于检索结果可以截图并将文件储存好，截得的图片可以按照时间顺序和内容
命名并整理。
4 实验结果分析与讨论
首先需对已知标准谱进行定标，然后采用线性定标的方式（这是由于光栅光谱仪的扫描 谱线与对应波长的关系近似满足线性关系）明确扫描谱线和波长的关系。由于界面上只能显 示一个22nm的标度，因此我们要求在氢的待测谱线附近要有较多的标准谱线。那由于在n2=3 时的氢光谱（即约656nm的谱线）附近He原子谱线较多，因此可以用He灯的谱线来定标。 而在n2=4,5时的氢光谱附近Ne原子谱线较多，因此可以用Ne灯的谱线来定标。定标波长和 待测波长的数据如表二所示：
表 2：测量氢光谱
n2
定标波长1/nm
定标波长2/nm
待测波长/nm
n2=3
出=4
n2=5
由于实验是在空气中进行的，所以我们得到的不是在真空中的氢光谱。因此需要将实验
测得的波长换算成真空中的波长。换算结果如表三所示：
表 3：氢光谱在真空中波长和波数
n2
空气中波长/nm
ng
真空中波长/nm
波数/m-1
n2=3
n2=4
n2=5
从表中我们可以看到，虽然氢光谱的波长不同，。