分光計

分光計

分光計,是使光按波長分散兼供光學測量的儀器。一般由准直管、稜鏡台和望遠鏡3種主要部件構成。

可用於測量波長、稜鏡角、稜鏡材料的折射率和色散率等。

術語簡介


分光計是精確測定光線偏轉角的儀器, 也稱測角儀。
它是光學實驗中常用的的實驗儀器。光學中的許多基本量如波長、折射率都可以直接或間接地用光線的偏轉角來表示, 因而這些量都可以用分光計來測量。
分光計
分光計
分光計的基本光學結構又是許多光學儀器(如稜鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度計、單色儀等)的基礎。它在物理實驗中既能夠培養學生的基本實驗技能,又能培養學生應用理論知識解決實際問題的能力,因此它是大學物理實驗的必作實驗。
在觀察有關現象和測量角度時,為獲得正確的測量結果,必須保證讓分光計的光學系統(准直管和望遠鏡)要適合平行光。
即要求望遠鏡光軸與分光計的主軸垂直, 以保證觀察面是一個平面。這也是調節步驟中難度最大的。
中學里常用的分光計一般由裝在三腳座上並在同一平面內的准直管、稜鏡台和望遠鏡三個主要部件構成。稜鏡台為一圓盤,可以繞中心軸轉動,其底座上刻有游標。望遠鏡則和底座外圍刻有角度讀數的圓環相連,它們也可以繞中心軸旋轉。但准直管的位置固定。從光源發出的光。經准直管變為平行光,再經稜鏡色散,改變方向,用望遠鏡觀察而在圓環上讀出所偏轉的角度。望遠鏡中還裝有準絲以增加測量的精確度。
1814年,夫琅和費在研究太陽暗線時改進了當時的觀察儀器,設計了由平行光管三稜鏡和望遠鏡組成的分光計。這是第一個分光計的出現,其設計思想、基本構造原理是現代光譜儀、攝譜儀設計製造的基本依據。分光計經常用來測量光的波長、稜鏡角、稜鏡材料的折射率和色散率等。

結構原理


各種型號的分光計,其光學原理基本相同,主要部件包括望遠鏡、平行光管、載物台(台上安置分光用的三稜鏡或光柵)、刻度盤和游標盤、底座五大部分。

望遠鏡

望遠鏡由物鏡和目鏡組成,物鏡和目鏡之間有分划板。分划板緊貼一個直角三稜鏡,在稜鏡的直角面上有一個被光源照亮的小綠十字,其中心位置與分划板刻線的上交點對稱。

平行光管

它的作用是產生平行光。管的一端裝有一個消色差的複合正透鏡, 另一端是裝有狹縫的套管。

載物台

載物台是用來放置待測器件的。它的下方有三個螺釘, 形成一個正三角, 用來調節分光元件的方位。

刻度盤和游標盤

分光計
分光計
刻度圓盤的游標盤套在分光計的中心轉軸上且可繞主軸轉動。
若圓盤轉過一個角度, 可以從游標讀出這個角度的數值。圓盤面有720等分線, 每格值為0. 5°即30′。0. 5°以下則需用游標來讀數。

底座

底座的中心有沿鉛直方向的轉軸套,稱為分光計的主軸。通過使用相應的止動螺釘和微調螺釘,可以使望遠鏡、刻度盤、游標盤、載物台等繞分光計主軸自由轉動,或作微小轉動,或固定不動。

調節技巧


在分光計調節中,難點是掌握使望遠鏡軸線與平台轉軸垂直的方法與技巧。認真細緻的粗調和“各半調節法”是實現這一調節的前提和基礎。
正確的調節方法必須先進行粗調,即一面用手來迴旋轉分光計的刻度盤或平台,使平台上平面鏡法線方向在望遠鏡的軸線方向左右來回通過,同時用眼睛在望遠鏡附近上下來回移動,耐心地尋找,找到由平面鏡反射回的光斑,這是尋找光斑的關鍵。
分光計
分光計
找到光斑后,進一步要判斷看到的光斑在望遠鏡的上方還是下方。從而有目的地調節望遠鏡的仰角或平台的傾斜度。
使看到光斑的眼睛與望遠鏡在同一平面上(注意在調節仰角或傾斜度時必須同時看住光斑,以免光斑“跑掉”)。
總之,先從望遠鏡外面找到光斑,然後逐步調節光斑接近望遠鏡軸線方向,最後讓光斑進入望遠鏡內,再進一步在望遠鏡內調節。