淺析汞燈的光譜(光源光譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告)

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1、淺析汞燈的光譜*******大學(xué)&&學(xué)院***班學(xué)號******摘要：我們實(shí)驗(yàn)室中常用的是高壓汞燈，汞光低壓汞光光譜和高壓汞光光譜略有不同，本文重點(diǎn)介紹了低壓汞燈和高壓汞燈的幾點(diǎn)區(qū)別。關(guān)鍵詞：低壓汞燈高壓汞燈光源光譜實(shí)驗(yàn)小結(jié)正文:很多光源發(fā)出的光是由多種不同顏色（波長）的光組成的。通過儀器我們可以將這些不同波長的光分開，形成“光譜”。氣體原子的發(fā)光機(jī)理來源于電子在原子內(nèi)部能級間的躍遷，固體發(fā)光還和固體的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以對物質(zhì)發(fā)光光譜的研究將有助于我們認(rèn)識發(fā)光物質(zhì)的微觀性質(zhì)。不同元素的原子有著自己特有的光譜特征，通過對光譜研究也可以幫助我們分析物質(zhì)的組成成分?，F(xiàn)代光譜分析技術(shù)是物理

2、、化學(xué)、材料學(xué)、天文學(xué)、考古學(xué)等研究中不可缺少的手段。最早的光譜分光（色散）原件是三棱鏡。1666年牛頓用三棱鏡得知太陽的白光光譜是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫依次排列的光帶組成的。光柵是另一種常用色散原件。1859年吉爾霍夫用平行光管、三棱鏡及望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成了最早的棱鏡光譜儀、光柵光譜儀。從波動學(xué)的觀點(diǎn)來看，光是一種電磁波。電磁波可以按其頻率或波長排列成波譜，我們通常所說的光是指復(fù)色光，是由很多種波長不同的單色光組成的，它包含了從短波射線到長波無線電波的一個廣大的范圍。人眼可以感受到的光（通常稱可見光）只占其中很窄的一個譜帶，通常認(rèn)為波長（在真空中）,或者等價的表示為頻率。在可見光范

3、圍內(nèi)，隨著波長從小到大，所引起的視覺顏色也逐漸從紫色轉(zhuǎn)變到紅色。一般我們研究的光學(xué)波段，除可見光外，還包括波長小于紫光的紫外線和波長大于紅光的紅外線，其波長范圍大致從。在第一個實(shí)驗(yàn)“棱鏡光譜和光柵光譜”的測量中，我們測量低壓汞燈的光譜。我們可以看到視野中觀察到的依次為淡紫色，明紫色，綠色，黃色，黃色的條紋。通過測量和查閱相關(guān)資料知道，標(biāo)準(zhǔn)波長分別為：404.7nm,435.8nm,546.0nm,577.0nm,579.7。在第三個實(shí)驗(yàn)“光柵光譜儀測量光譜”中，我們看到汞光的可見光分布也是這五個波長。在書中所給出的數(shù)據(jù)中，低壓汞燈產(chǎn)生的波長有一個491.9nm，無論是在分光計(jì)中還是

4、在光柵光譜測量儀中都沒有觀察到這條譜線。我們使用的汞燈并非低壓汞燈而是高壓汞燈。通過查閱資料得知：實(shí)驗(yàn)室用的最多的氣體放電光源是高壓汞燈，它是重要的紫外光源。它在紫外、可見和紅外都有輻射。即其光譜成分中包括長波紫外線、中波紫外線、可見光譜及近紅外光譜。高壓汞燈的功率從幾十直至上萬瓦，應(yīng)用很廣。對于照明用的高壓汞燈，主要是增強(qiáng)可見光區(qū)4根汞線的強(qiáng)度(404nm、436nm、546nm和577—579nm)。其總輻射能量中約有37％是可見光，其中一半以上集中在這4根汞的特征譜線上。故高壓汞燈是光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光譜分析比較理想的標(biāo)準(zhǔn)光源。由于高壓汞燈有紫外輻射，因此不僅可用高壓汞燈來照明，還可

5、用于曬圖、保健日光浴、化學(xué)合成、熒光分析、紫外探傷等。低壓汞燈和鈉光燈也屬于氣體放電光源。低壓汞燈是利用低壓汞蒸氣放電時，可產(chǎn)生高效率的254nm輻射的燈。種類很多。各種低壓汞燈的光譜能量輸出都基本相同，燈的輻射能大部分集中在254nm。它是汞的最靈敏的共振幅射線。因此，它只能作紫外單色光源或用于滅菌、熒光分析上。低壓汞燈應(yīng)在額定電壓下點(diǎn)燃使用。點(diǎn)燃時應(yīng)配上符合要求的限流器。使用時須保持適當(dāng)?shù)耐L(fēng)或散熱，否則會影響燈泡的正常使用。此外，工作人員應(yīng)戴防護(hù)眼鏡，以免燒傷眼睛。在特殊情況下可用低壓汞燈來代替高壓汞燈作有關(guān)實(shí)驗(yàn)，但是實(shí)驗(yàn)效果會比用高壓汞燈時的效果差一些。原因就是它們的光譜范

6、圍有一些差別。它們的光譜能量分布如圖所示。圖中(a)和(b)分別是高壓汞燈和低壓汞燈的光譜能量分布。在高壓汞燈的輻射中，可見光約占總輻射的37％。而低壓汞燈在最佳條件下可見光才占總輻射的2％左右。汞燈主要光譜線波長表顏色波長/nm強(qiáng)度紫色△404.66強(qiáng)△407.78中410.81弱433.92弱434.75中△435.84強(qiáng)藍(lán)綠色△491.60強(qiáng)△496.03中綠色535.41弱536.51弱△546.07強(qiáng)567.59弱黃色△576.96強(qiáng)△579.07強(qiáng)585.92弱589.02弱橙色△607.26弱△612.33弱紅色△623.44中深紅色△671.62中△690.72中7

7、08.19弱通過對實(shí)驗(yàn)室中常用的各種光源的分析，不難發(fā)現(xiàn)在分光計(jì)的實(shí)驗(yàn)中是不能用其它幾種光源來代替的。比如我們已經(jīng)知道自熾燈產(chǎn)生的光譜是連續(xù)，這就不能滿足實(shí)驗(yàn)中的譜線要求。雖然低壓汞燈在性質(zhì)上與高壓汞業(yè)有相似性，但是低壓汞燈的光色是偏向藍(lán)、綠色，缺乏紅色成分，而且顯色指數(shù)也很低。所以也不能完全滿足我們此實(shí)驗(yàn)的要求。同樣鈉燈的光譜中只以黃色為主。氦一氖激光器更是單色性極好的單色光。綜合以上分析，由分光計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定了光源只能使用高壓汞燈，而不能用其它光源來代替。除