光栅特性及测定光波波长 - 副本

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1、光栅特性及测定光波波长目的要求（1）了解光栅的主要特性（2）用光栅测光波波长（3）掌握调节和使用分光计仪器用具分光计，透射光栅，平面镜，水银灯，钠光灯，可调狭缝，读数显微镜。实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光元件。他可以把入射光中不同波长分开。衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两种，本实验用的是平面透射光栅，相当于一组数目极多、排列均匀或者紧密的平行狭缝。根据夫琅禾费衍射理论，当一束平行光垂直的投射到光栅平面上，光通过每条狭缝都发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此干涉，凡符合下列条件的，该衍射角方向上的光将会增强。dsinФ=kλk=0，±1，±2，···居中的一级

2、为零级，最亮。±1级、±2级···分居两侧。光栅分辨本领为R=λ/△λ经过计算，R=kNN为光栅周期数，k为衍射极强的级数。角色散率定义为D=△Ф/△λ经过计算可知D=k/（dcosФ）k为衍射极强的级数，d为光栅单个空间周期，Ф为衍射偏（弧度制）。上面公式推导主要利用光的振幅=k*sin（NπdsinФ/λ）/sin（πdsinФ/λ）实验内容1、仪器调节本实验主要涉及分光计的调节。应使入射光是垂直入射的平行光，衍射后要用聚焦于无穷远的望远镜观察。（1）调节光栅平面与平行光管垂直。方法是：用水银灯把平行光管的狭缝照亮，使望远镜中目镜分划板中心垂直对准狭缝像。

3、然后固定望远镜，把光栅放在载物台上，尽量做到光栅平面垂直b1b2连线而过b3。并使光栅面大致垂直于望远镜光轴。再用自准直法调节光栅平面，固定游标盘。在调节平行光管狭缝像使与十字像重合。如图：（1）调节光栅使其刻痕与仪器转轴平行。1、测定光栅常数：以水银灯为光源，整体移动分光计，对准光源，测出正负一级和二级角度。求空间频率。2、测定未知光波波长及角色散率：用上面的方法，测出水银灯两条黄光的正负一级的衍射角，求波长和波长差以及D。3、观察分辨本领与光栅有效面积中的刻线数目N的关系：用钠光灯代替水银灯，把平行光管狭缝调狭窄，观察其正一级双黄衍射线，挡住一部风光栅，减

4、少N，至两线恰好可变。读出光栅长度l，计算R。实验数据1、　　游标一二一二一二Ф+1初180°0°180°0°180°0°末160°5519°04160°5419°04160°5519°03Ф-1初180°0°180°0°180°0°末199°1019°10199°1019°10199°1019°10Ф+2初180°0°180°0°180°0°末139°15319°15139°15319°15139°15319°16Ф-2初180°0°180°0°180°0°末221°1041°10221°1041°10221°0940°10一级d=λ/sinФ1=1.667

5、426*10-6mf=1/d=5.997*105hz二级d=1.683007*10-6f=1/d=5.942*105hz2、　　游标一二一二一二Ф1+1初180°0°180°0°180°0°末200°1520°15200°1520°15200°1520°15Ф1-1初180°0°180°0°180°0°末159°45339°45159°45339°45159°45339°45Ф2+1初180°0°180°0°180°0°末200°1920°20200°1920°19200°2020°19Ф2-1初180°0°180°0°180°0°末159°40339°411

6、59°41339°40159°40339°40λ1=dsinФ1=577.15nmλ2=dsinФ2=579.20nmD=△Ф/△λ=6.39*105D=k/dcosФ=6.40*1053、测得l为1.65mmR=kN=fl=989.51R=λ/△λ=982.17思考题1、使用该公式需正入射，实验是通过使缝落在望远镜光轴上并调节光栅使之垂直光轴来保证的。检查方法：只需要看各级条纹左右的对称性即可，对称性越好，入射光越垂直。2、必须垂直平分，这样b3就独立于b1b，后两者可以用来调节使光栅垂直于光轴，而不必调节b3,可以单独调节b3来调节光栅与叉丝竖线的细微夹角

7、使之重合。3、如果不等高，测的角度会略大。测量值的一个小角度投影才是真实值。4、光栅是利用衍射和干涉的原理，或者说光栅分光是把光栅的透射率的函数傅里叶分解得到的表征光栅信息的谱。而三棱镜分光利用了光的色散，同一介质对不同的频率的光有不同的折射率。5、如果光栅分不开两条线，放大后也分不开，因为两者的信息已经重叠。6、公式47.3与47.5是定义，另外两个公式是在用光栅分光且入射光正入射的情况下的特殊形式。