MATLAB-钠原子光谱数据处理

最近强迫症很严重，花好多工夫做了一些没什么用的事情。做完了感觉想留下来，然后又觉得占地方。突然就想出来还有博客这么一个东西，想想也是很好玩的。如果以后还有强迫症的时候，就把这些东西堆在这。如果遇上高手指点，还可以顺带学点东西……

关于钠原子发射光谱实验，实在感觉数据分析比较繁杂。其它近代物理实验大多有编好的程序可以高效分析数据（虽然有些是老师或学长随手编出来的MathCAD小脚本，还有bug在里面）。最初是想随便整个粗糙的自己用，后来越做越停不下来。

www.bb.ustc.edu.cn/jpkc/guojia/dxwlsy/kj/part2/grade3/nayuanzhi.html

上面是中科大的网站，原理说的挺清楚的。我光谱这一块我学的模棱两可。理解的很不准确。大致有几个要点：

1. 通过摄谱仪获得的谱线与数据库中钠原子光谱数据相对比，得知对应的线系；
2. 谱线的波长满足一系列的波长公式，形式上都是初态和末态的光谱项值的差；
3. 通过两条（已知初末态的量子数即可）同线系下的谱线的波长公式作差，可以得到固定项方程，相应的可以解出量子缺；
4. 光谱项值映射谱线能级，各参数的到之后可以画出能级跃迁图；

公式 我一直感觉好像没有什么用。得到初末态的量子数之后，直接带入固定项公式就可以了。（我感觉这里我一定理解得有一些偏差，但是快考试了也不想去管。这样的学习态度可以说是非常恶劣了。）

MATLAB 上其实没有什么难点，有一些语法上tips我稍微标一下，妄想写一遍就能记得住吧。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

function q = fixeq(x)

%fixeq 发射谱固定相方程

%  

n1：第一条谱线末态量子数;n2:第二条末态量子数;v1:第一条波数;v2:第二条波数

global n1 n2 v1 v2

R=109737.31;

q=(v1+R./(n1-x).^2)-(v2+R./(n2-x).^2);

end

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

function del = findqd( a,b,c,d )

%findqd 计算量子亏损

%  

参数分别为，主量子数，波长，第二条谱线主量子数，第二条波长

global n1 n2 v1 v2

n1=a;n2=c;

v1=b;v2=d;    
 

     

     

%x=0:0.01:1;plot(x,fixeq(x));

del=fsolve('fixeq',0);    

     

     

   

  

end

%fsolve函数求解自变量取值，使得函数值在预设或默认的误差阈值下等于0

%要设定初值，从初值开始向上迭代

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

function T= Fix( n,fixqd )

%Fix 钠原子固定项

%   n:主量子数，fixqd;量子缺

R=109737.31;

T=(-1)*R/(n-fixqd)^2;

end

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

clear all

data=xlsread('Na_Data.xlsx');  
 

     

     

     

     

     

     

     

     

  （1）

leng=length(data(:,1));  

   %输入的谱线对的数量

%%%%%%%%%%%%%求量子缺

answer=zeros(leng,8);

answer(:,1:4)=data(:,1:4);

x=1:leng;

%x=num2cell(x');

%answer(1,:)={'s';'初态量子数';'初态波长/nm';'末态量子数';'末态波长/nm';'初态波数*cm';'末态波数*cm';'波数差*cm';'量子缺'}';

%answer(:,1)=[{'组序号'};x(1:leng)];

for i=1:leng

   

answer(i,5)=10^7/data(i,2);  
 

   

  

%将波长换算成波数，nm->cm^-1

   

answer(i,6)=10^7/data(i,4);

   

answer(i,7)=answer(i,6)-answer(i,5);

   %波数差（不用里德伯插值表时没什么用）

   

answer(i,8)=findqd(data(i,1),answer(i,5),data(i,3),answer(i,6));

end

ans=num2cell(answer);    

%用了元胞数组完成一个简单的结果展示，可以输出为excel

ans=[{'第一条谱线量子数','第一条谱线波长/nm','第二条谱线主量子数','第二条谱线波长/nm','第一条谱线波数*cm','第二条谱线波数*cm','波数差*cm','量子缺'};ans];

ans

%%%%%%%%%%%%%画能级图

clear i x

R=109737.31;

for i=1:1:leng

   

l=[data(i,7)-0.8,data(i,7)-0.2];

    for

j=3:1:7

       

T=Fix(j,answer(i,8));

       

line1T=[Fix(answer(i,1),answer(i,8)),Fix(data(i,5),answer(data(i,6),8))];

       

line2T=[Fix(answer(i,3),answer(i,8)),Fix(data(i,5),answer(data(i,6),8))];

       

line1=[data(i,7)-0.55,data(i,6)-0.5];

       

line2=[data(i,7)-0.45,data(i,6)-0.5];

       

plot(l,ones(1,2).*T,'k','LineWidth',2);hold
on 

%画能级（为了省事直接把hc放到单位里了）

       

symb=['S','P','D'];

       

text(l(2)+0.08,T,{j});text(l(2)+0.13,T,{symb(data(i,7))});

       

plot(line1,line1T,'b','LineWidth',1+0.5*i);

   %画跃迁情况

       

plot(line2,line2T,'b','LineWidth',1+0.5*i);

    end

end

title('钠原子能级跃迁图','fontsize',15);

ylabel('能量/hc','fontsize',10);

hold off

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

短短 几行代码推敲了一个星期，还是 基本功太差。实验原理似懂非懂，MATLAB也用的半生不熟。学的是很粗糙的，Mathematica、MATLAB相互混淆，用这个的时候依赖另一个。很多工具都会一点，但是都没有办法把一个简单的问题在段时间内干练地解决掉。