2022年光栅衍射实验报告新编.doc

2021年光栅衍射实验报告新编
2021年光栅衍射实验报告新编
1 / 17
2021年光栅衍射实验报告新编

【试验目】
(1)深入熟悉分光计调整与使用;
(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数原理和方法;
(3)加深了解光栅衍射公式及其成立条件。
【试验原理】
衍射光栅简称光栅, 是利用多缝衍射原理使光发生色散一个光学元件。它实际上是一组数目极多、 平行等距、 紧密排列等宽狭缝, 通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻很多平行线制成, 被刻划线是光栅中不透光间隙。而平面反射光栅则是在磨光硬质合金上刻很多平行线。试验室中通常使用光栅是由上述原刻光栅复制而成, 通常每毫米约250~600条线。因为光栅衍射条纹狭窄细锐, 分辨本事比棱镜高, 所以常见光栅作摄谱仪、 单色仪等光学仪器分光元件, 用来测定谱线波长、 研究光谱结构和强度等。另外, 光栅还应用于光学计量、 光通信及信息处理。
1．测定光栅常数和光波波长
图1 光栅衍射
光栅上刻痕起着不透光作用, 当一束单色光垂直照射在光栅上时, 各狭缝光线因衍射而向各方向传输, 经透镜会聚相互产生干涉, 并在透镜焦平面上形成一系列明暗条纹。
如图1所表示, 设光栅常数d=AB光栅G, 有一束平行光与光栅法线成i角方向, 入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于入射光CA, 再作BD垂直于衍射光AD, AD与光栅法线所成夹角为j。假如在这方向上因为光振动加强而在F处产生了一个明条纹, 其光程差CA+AD必等于波长整数倍, 即:
2021年光栅衍射实验报告新编
2021年光栅衍射实验报告新编
2 / 17
2021年光栅衍射实验报告新编
（1）
式中, l为入射光波长。当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时, （1）式括号内取正号, 在光栅法线两侧时, （1）式括号内取负号。
假如入射光垂直入射到光栅上, 即i=0, 则（1）式变成:
（2）
这里, m=0, ±1, ±2, ±3, …, m为衍射级次, jm第m级谱线衍射角。
2021年光栅衍射实验报告新编
2021年光栅衍射实验报告新编
4 / 17
2021年光栅衍射实验报告新编
图3 光栅衍射光谱
光栅G在小平台上位置
图2衍射光谱偏向角示意图
2．用最小偏向角法测定光波波长
如图2所表示, 波长为光束入射在光栅G上, 入射角为i, 若与入射线同在光栅
法线n一侧m级衍射光衍射角为沪, 则由式(1)可知
（3）
若以△表示入射光与第m级衍射光夹角, 称为偏向角,
（4）
显然, △随入射角i而变, 不难证实时△为一极小值, 记作, 称为最小偏向角。而且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存在最小偏向角。此时
（5）
带入式（3）得
m=0, ±1, ±2, … (6)
由此可见, 如已知光栅常数d, 只要测出了最小偏向角, 就可依据式(6)算出波长。
【试验仪器】
1。分光计
。在本试验各项任务中, 为实现平行光入射并测准光线方叫位角, 分光计调整应满足:望远镜适合于观察平行光, 平行光管发出平行光, 而且二者光轴都垂直于分光计主轴。
2021年光栅衍射实验报告新编
2021年光栅衍射实验报告新编
4 / 17
2021年光栅衍射实验报告新编
2。光栅
如前所述, 光栅上有很多平行, 等距离刻线。在本试验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。假如光栅刻线不平行于分光计主轴, 将会发觉衍射光谱是倾斜而且倾斜方向垂直于光栅刻痕方向不平行于分光计方向, 但谱线本身仍平行于狭缝。显然这会影响测量结果。经过调整小平台, 可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调整方便,放置光栅时应使光栅平面垂直于小平台两个调水平螺钉连线。
3．水银灯
水银灯谱线波长
水银灯谱线波长
颜色
紫
绿
黄
红





546