基于光栅光谱仪的玻璃透射系数测量

　　1 引言

　　目前在国家 HT- 7 托卡马克上安装的一套诊断中性束系统，采用了光谱法分析 HT- 7 上的中性束[1]。这就需要较好的光栅谱仪，并要对其进行精确的刻度。由于实验要求需要在光谱仪狭缝处放置一块石英玻璃。这就需要了解这块玻璃的性质，本实验就是利用现有条件(光谱仪设备) 测试玻璃的透射系数。

　　2 光栅光谱仪原理

　　光栅光谱仪是以平面衍射光栅作为色散元件的光谱仪器。如图 1 所示，光源由入射狭缝进入，打在凹面镜上，反射到光栅上。然后衍射光又打在另一块凹面镜上。再反射到出射狭缝，在出射狭缝处安装一 CCD，用来接收并拍摄光谱。之所以用凹面镜是由于光源是散射的，入射狭缝处在凹面镜 1 的焦点处，光通过入射狭缝打在凹面镜上就会变成平行光。而且，用凹面镜可以减少谱仪的长度，不像是凸透镜那样虽然是点光源变成平行光，却不能使光线改变传输方向，这样会增加谱仪的长度，增加实验所需要的空间。衍射的平行光打在凹面镜2 上再反射到出射狭缝。出射狭缝就设在其焦点上，使光在焦面板处发生干涉[2]。根据光栅方程

　　3 光栅光谱仪与计算机的结合

　　就一般光栅光谱仪的构造来讲，它的工作部件主要由：光栅单色仪、接收单元(CCD或光电倍增管)、扫描系统电子放大器、A/D采集单元。经光栅衍射后的出射光的接受不再采用传统的感光板了，而是采用光电转换装置转换成电信号给计算机。当光栅光谱仪与计算机相连就实现了从信号采集到数据处理的高度自动化。这里简单介绍一下光栅光谱仪的结构(图　　3)。

　　实验光源发出的光经狭缝 S1 射至凹面镜 1 反射镜 M1，变成平行光反射到光栅 G上，由于不同波长的光衍射角不同所以实验时由电机驱动光栅 G转动，使得不同波长的出射光　　依次经过凹面镜会聚成象。在实验中随着光栅的转动，计算机会依次采集到不同波长的波长谱线，经实验软件处理将实验结果由计算机屏幕或打印机输出，同时还可以由 CCD 系统进行模拟摄像和动态采集。

4 实验装置

　　光栅光谱仪用处很多，可以进行钠原子光谱、氢氘光谱等实验，所得原子光谱，经过数据处理可求得各线系的系限波长、量子亏损及各谱线的光谱项。光栅光谱仪与计算机相连　　后，其信号采集采用光电转换，电子放大器可对微弱信号进行放大加强。所以在近代物理实验中还可以利用光栅光谱仪测量一些物质的透射、反射光谱。

　　为了利用光谱仪测试玻璃的透射系数。当光通过两种透明介质的分界面时，入射光 分为折射光和反射光两部分。此两光的行进方向，虽已由折射和反射定律决定，而这两光的相对强度和振动取向，则需由电磁理论来分析。