衍射光栅特性与光波波长的测量精选.ppt

衍射光栅特性与光波波长的测量 一、基本知识及应用 大量等宽、等间距、平行排列的狭缝即为衍射光栅。光线透过狭缝后会形成干涉。 根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅是一种重要的分光光学元件。 在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。 基本知识 衍射光栅是极其精密的光谱分光元件,它的刻槽密度可达4800槽/mm。 衍射光栅是各种光谱仪器的核心元件,广泛应用于石油化工、医药卫生、食品、生物、环保等国民经济和科学研究的各个领域中。如VCD、DVD光头,各种激光器,特别是强激光核聚变,航空航天遥感成像光谱仪,同步辐射光束线等都需要各种特殊光栅。它已经成功地应用于多波段航空遥感成像光谱仪、天文望远镜、高精度光谱分析仪器。此外它还可以构成光栅干涉仪进行精密位移分辨测量。 光栅的应用 二、学习要点 1、掌握用衍射光栅精确测量光波波长的原理和方法。 2、进一步掌握分光计的调节、使用方法。 三、测量原理 由光栅衍射公式 可知，已知光栅常数 及衍射角 和级次 时，可利用上述求出光波波长 同理，已知光波波长 及衍射角 和级次 时，可利用上述求出光栅常数 一级明条纹 一级明条纹 中央明条纹 实际的测量是对已知干涉级次衍射条纹的衍射角 的精确测量。 利用分光计可观察到各级衍射条纹（实际能观察到两级）, 平行光（复色） 平行光管 载物台 望远镜 用分光计可以测出各种单色光已知衍射级次的衍射角。实际测量的为±1级衍射角，利用公式计算衍射角 根据衍射公式则可由已知量计算出待测量。 根据波长及衍射角的变化关系可求出光栅的色散率 ， 实验中黄光有相差极小的衍射角，利用其变化关系计算色散率。 四、实验装置及使用介绍 望远镜 光栅 平行光管 平行光管：复色光经过狭缝后经透镜作用变成平行光。 光栅：复色光经过光栅衍射形成衍射（不同级次和波长其衍射角不同）。 望远镜：将各级次的单色光会聚在一定角度上，用于观察衍射光。 五、实验操作步骤 1、按照“分光计测三棱镜折射率”实验中的调节要点调整分光计； 2、调整光栅位置，使光栅平面垂直于入射平行光，光栅狭缝（或刻痕）平行于旋转主轴； 3、转动望远镜，可观察到±1、±2级黄、绿、紫三种单色光的衍射角； 4、测量绿光的±1级衍射角（波长作为已知条件），计算光栅常数； 5、测量两条黄光的±1级衍射角（光栅常数作为已知条件），计算两黄光的波长； （角度的测量方法参见“分光计测三棱镜折射率”实验的测量方法）