太原理工大 光栅衍射实验.ppt

4. 实验内容和步骤 ☆ 4.3 测量光栅常数和汞灯中两条黄光的波长 ☆ （1）为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要分别读出两游标盘的读数，取其平均。例如，对＋K级，左右游标读数分别为 及 ，对－K级，左右游标读数分别为 及 ，则K级衍射角为 ☆ （2）测量时，可将望远镜移至最左端，从－2，－1 到+1，+2级依次测量，以免漏测数据。 ☆ （3）为使叉丝精确对准光谱线，必须使用望远镜微 调俯仰螺钉来对准。 4. 实验内容和步骤 4.4 将测量数据填入表格并计算相对不确定度 5. 注意事项 对光学仪器及光学元件表面，不能用手触摸，小心使用勿损坏。 使用分光计时，一切紧固用的螺钉，该紧固时应紧固，该松开时应松开。如当止动螺钉未紧固时，调微动螺钉则不起作用。转动望远镜时，若没有松开紧固螺钉而用力转动，将使分光计的中心轴产生伤痕，而这种损伤在外表都看不到。 使用分光计时，注意角游标的读数，游标经过360°（即0°）时，读数应修正（加360°；或减 360°）。因此当望远镜对准平行光管时，可把刻度盘的读数调在90°及270°左右。 ☆ ☆ ☆ 6. 思考题 试说明光栅分光和棱镜分光，所产生的光谱有何区别？ 用公式dsinψk =± kλ测d和λ时，实验要保证什么条件？如何实现？ 当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象，为什么？ ☆ ☆ ☆ 太原理工大学物理实验中心 * * 光栅衍射测波长 2013年1月 太原理工大学物理实验中心 王宏伟、袁树青 光栅衍射测波长 ☆ 1. 实验目的 ☆ 2. 实验仪器 ☆ 3. 实验原理 ☆ 4. 实验内容和步骤 ☆ 5. 注意事项 ☆ 6. 思考题 1. 实验目的 ☆ 了解光栅的主要特性及其应用； ☆ 进一步掌握分光计的调整和应用； ☆ 观察光栅衍射现象，学会测量光 栅常数，用光栅测光波的波长。 2. 实验仪器 ☆ 分光计 ☆ 光源（汞灯） ☆ 全息透射光栅 ☆ 平面双反射镜 3.实验原理 光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的分光元件。 一束波长为λ的光垂直照射在光栅平面时，通过每一狭缝的光都要产生衍射，经过透镜会聚后相互干涉，则在透镜的焦平面上形成一系列亮线，称为谱线。 光栅实际上是一排密集均匀而又平行的狭缝。 由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，它已被广泛地装配在各种光谱仪器中，得到 充分的应用。 ☆ 1821年夫琅禾费创制了用细金属丝做成的衍射光栅，并且用它测量了太阳光谱暗线的波长。后来他又在贴着金箔的玻璃上用金刚石刻划平行线做成色散更大的光栅。 ☆ 第一个直接在玻璃板上刻制光栅的是诺伯尔（1806-1881）。现在使用的光栅有透射式和反射式两种，多是以刻线光栅为模板，复制在以光学玻璃为基板的薄膜上做成的，也有用全息照相法制做的。 ☆ 本实验所用光栅是激光全息照相法制做的透射式光栅。 ☆ 在各类光学仪器（如单色仪、摄谱仪、光谱仪） 中作分光元件,研究谱线结构、谱线的波长和强度进而研究物质的结构、做定量分析等。 ☆ 用于计量、光通讯、光计算机中作分光和耦合元件。 ☆ 在激光器中作选频元件。 ☆ 在光信息处理系统作调制器和编码器。 ☆ 两片光栅叠置并使它们的栅线成小夹角可以构成一个计量光栅，用来精密地测量长度和角度的微小变化。在机械、光学、电子、集成电路加工中用于精确定位、对接、导向等测量技术。 ☆ 光栅测量系统也是中、高档数控机床构成闭环数控系统的重要组成部分。 3.1光栅的广泛用途 光栅是分光元件 光纤光栅应变传感器 光栅光谱仪 计量光栅 平面光栅摄谱仪 3.2 衍射光栅、光栅常数 ☆ 图中的b为刻痕的宽度（即透光部分）, a 为狭缝宽度（即不透光部分）, 相邻两缝间的距离(缝距),d=a+b 称为光栅常数。它是光栅的重要参数之一。 ☆ 光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米，即每毫米上刻有1000条刻痕。 实验光路图(光谱分布) 光栅 中央明条纹K=0 黄 绿 一级明条纹K= -1 绿 黄 一级明条纹 K= +1 当一束波长为λ的平行光垂直射到光栅上，透过光栅每条狭缝的光都产生衍射，通过光栅不同狭缝的光又将产生干涉，因此光栅衍射条纹是衍射和干涉两种因素的综合结果。 汞灯的光栅光谱示意图 3.4 光栅方程 ☆ 光栅方程：dsinψk= kλ K=0，±l，±2…。； dsinψk 是以 ψ为衍射角的一族平行衍射光中相邻两条光束的光