光栅光谱仪.docx

近代物理实验报告
实验:用光栅光谱仪测量物体的色度值
一、实验目的
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CIExy色度图的作用;
。
二、实验仪器名称
光栅光谱仪,钠光灯,钨灯,发光二极管,滤色片。
三、实验原理和操作步骤

研究光源或经光源照射后物体透、反射颜色的学科称为色度学。这是一门有着广泛应用的学科,目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量。无论是在纺织、印染、印刷、染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业,还是在计量、医学、电视、电影、照相、环境美化、交通讯号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域,都离不开对颜色的测量和研究。色度学本身涉及到物理、生理及心理等领域的知识,是一门交叉性很强的边缘学科。为了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量而能使用光学仪器对色光进行测量,以消除那些因人而异,含混不清的颜色表达方式,需要经过大量的科学实验,将感性认识上升到理性阶段,再去指导人们对颜色的正确测量。我们知道,对颜色的描写一般是使用色调、饱和度和明度这三个物理量。色调是颜色的主要标志量,是各颜色之间相互区别的重要参数。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及其它的一些混合色名均是因色调的不同而加以区分,饱和度是指颜色的纯洁程度。可见光谱中的单色光纯。如果单色光中混杂白光后,其纯度将会下降。明度
是指物体的透、。即相当于它的亮度。实验表明,人眼对相同强度、不同波长的光照射引起的反应是不同的,这包括色调和明度光谱引起人眼球的色调感觉为白色,称为等能白。在可见光范围,太阳光的光谱近似等能光谱,我们可以把人眼看成是一个把光的客观物理量转变到生理和心理反应的转换器,从这个观点出发,就必须找出有普遍意义的转换规律。把两种颜色调整到视觉相同的过程称作颜色匹配,它是利用色光加色法来实现的。图1中左方是一块白屏,上方为红光R、绿光G、蓝光B 三原色光,下方为任意待配色光C,三原色光照射白屏的上半部,待配色光照射白屏幕的下半部,白屏上下用一黑屏隔开,白屏的反射光通过小孔射到观察者的眼中,观察者眼中看到的视场如图右下方所示,视场范围在2°左右,被分成两部分。图右上方还有一束光,照在小孔周围的白版上,使视场周围有一圈均匀色光做为背景。颜色匹配实验通过独立调节上方三原色光的强度混合完成,当视场中的两部分色光相同时,视场中的分界线消失,两部分视场合为同一视场,此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。
图1颜色匹配实验
图4 1931 CIE-xy色度图
色度图的x坐标相当于红原色的比例,y坐标相当于绿原色的比例。因为z = 1 −( x + y),则蓝原色的比例就无需给出。图中的偏马蹄形曲线是光谱轨迹。连接400nm与700nm的直线是可见光谱色中所没有的紫红色,它是由光谱两端的红和紫色混合后得到的非光谱色。凡是偏马蹄形曲线内部的所有坐标点(包括这条封闭曲线本身)都是物理上能够实现的颜
色。

(380—660nm)。
。
四、实验数据处理与讨论

为了准确的通过光谱仪进行测量,我们必须对光谱仪进行校准。在实验中,我们采用钠光源进行校准。我们知道,由于电子的自旋磁矩和轨道磁矩的相互作用,钠光源有双线
结构,,这是实验得到的精准值。我们通过光谱仪分析钠光源的光谱图,可以测得对应的双线波长,通过比较就可以对光谱仪测量的坐标轴进行校准。,并调整扫描范围为550nm到600nm,,获得的纳光源光谱图如图5所示(处理时取580nm到598nm),可以得到,,和标准值相差很小,因此不用进行坐标轴平移。至此,光谱仪校验完毕。
图5 钠光灯的光谱图
,更换光源为钨光灯,其他设置不变,将扫描范围调整至380nm到660nm,,测量得到钨光灯的光谱图,之后加入透明滤色片,按照同样的方法,测量得到滤色片的透过率,并在一张坐标纸上作出钨灯的光谱图和红色滤色片透过率曲线,如图6所示,可以观察到,在添加红色滤色片之后,可以看到,高频部分几乎全部被吸收,而低频部分,则完全透过,在600nm后又一段透射率上升的很快,这和其颜色有密切的关系,即其透过红色附件的波长成分(低频)而滤去高频波长成分。
图6 钨光灯的光谱图及滤色片透过率曲线
,扫描范围修改为400nm到660nm,扫描间隔0