斜入射光栅光波波长测定_物理_自然科学_专业资料

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1、光线斜入射光栅测定光波波长一、实验目的1、掌握分光计的结构，训练分光计的调整技术和技巧，学习分光计测量角度的方法2、理解光栅衍射的基本原理与特点3、熟悉用分光计测定某光栅常量、光波波长二、实验仪器分光计、双反平面镜、平面透射光栅和汞灯三、实验原理根据衍射原理，当入射光以入射角a经过透射光栅衍射后，由透镜会聚，形成干涉条纹。其衍射光束、波长及入射光束之间满足光栅方程:d(sin®土sina)=kA(k=04,2)(1)其中，表示波长,d表示光栅常数,a表示入射角，。表示衍射角,k表示衍射光谱的级次，“+”号

2、表示衍射光线和入射光线在光栅表面法线的同侧，“一”号表示衍射光线和入射光线在光栅表面法线的异侧。由光栅衍射方程可知:若光栅常数是常量，则对于每一个确定的波长和衍射光谱级次来说，衍射角仅取决于入射角，入射角改变必然引起衍射角的变化。平行光以和光栅法线夹角a斜入射光栅，以第一级主极大为例，当k=l时弹和®分别是光栅法线两侧的衍射线与法线的夹角;x0、xl分別是零级光谱位置和1级光谱位置。根据光栅方程，则有QA2Asin%+sina=—,sin©・sinQ=—；两式相力口得：sin%+sin^92=——d■dd

3、l由于零级衍射光线和入射光线在同一条直线上。设零级光谱与1级光谱之间的夹角分别是％处则有sin(妬-a)+sina二一,sin(。；・a)-sina=—(2)d「d由(2)式得：sina(2・cos©+COS©)=cosa(sin%・sin%)(3)GratingeIncidentlight•图1光概测呈原理U!实验内容1＞调节分光计(1)调节分光计，使望远镜对准无穷远，望远镜轴线与分光计中心轴线相垂直，平行光管出射平行光。调节方法见光学实验常用仪器部分。狭缝宽度调至约1毫米。(2)安置光栅，要求入射光垂

4、直照射光栅表面，平行光管狭缝与光栅刻痕相平行。(3)调节光栅使其刻痕与转轴平行。注意观察叉丝交点是否在各条谱线中央，如果不是，可调节螺丝予以改正，调好后，再回头检查光栅平面是否仍保持和转轴平行。如有了改变，就要反复多次，直到两个要求都满足为止。2、用透射光栅测光栅常数：先将分光计调整到待测状态，载物平台上放置透射光栅（光栅常数d=300条/mm）,用钠灯作为光源。在实验中，我们要讨论当入射光线不是垂直入射到光栅平面时,如何测得任意一条特征谱线的波长和入射角。光源经过平行光管，出射平行光线以入射角a入射到光

5、栅平面上,此时光栅放置在载物平台上，载物台和游标盘是固联的。锁紧游标盘止动螺丝,松开望远镜止动螺丝，将刻度盘与望远镜固联螺丝锁紧/吏两者一起转动。将望远镜的叉丝对准零级谱线的中心,从游标刻度盘上读出零级谱线（入射光线）的方位;然后转动望远镜，测出零级谱线两侧的1级谱线中某一条特征谱线（如黄1光）的方位。分别计算岀它们与入射光的夹角（处乌）。则由⑵式得：22sin（（p・a）+sin（%・a）=——（4）一d若（p<^说明ano,则入射光线是按图1方式入射的。此时，将望远镜中的叉丝对准零级谱线，锁紧望远

6、镜止动螺丝，松开游标盘止动螺丝,将游标盘逆时针方向转动一定角度也就是光栅法线逆时针转动0,锁紧游标盘止动螺丝，记下此时游标刻度盘读书，即零级谱线（入射光）的方位。若没转动之前，入射角是a,那么光栅法线逆时针转动3后，则此时入射角改变为（a+陆转动望远镜，再测出两侧1级谱线（黄1光）的方位，分别计算出它们与入射光的夹角(处处)。则有⑵式得：22sin(©-a・0)+sin((p2+/?)=——(5)一d根据公式(4)-(5),并借助Matlab可以很方便快速计算出入射角a和波长2。旋转不同的角度0,可以得到

7、一系列多次的测量结果。通过上述方法，在任意入射角的情况下，得到了钠灯中黄1特征谱线的波长。并经过多次测量,求得波长的平均值为590.86nm,与理论值的相对误羌为0.21%,标准误羞为1.8nmo五、数据记录及处理谱线颜色测量次数光谱线角坐标衍射角mI&+M乙+&+IR&7R波长A/nmK=-lK=+l&—r叭一4紫123黄内123黄外123