文档介绍：光栅衍射实验预****报告
自23 黄付卓 2002011878
衍射光栅是一种分光用的光学元件。它不仅用于光谱学,还广泛用于计量、光通信、信息处理等方面。本实验中通过通过测定光栅常数及光波波长,可对光栅的特性有一初步了解。
一、实验目的
(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;
(2)学****利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;
(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
二、实验原理
1、测定光栅常数和光波波长
光栅上的刻痕起着不透光的作用。一理想的光栅可看作是许多平行的、等距离的和等宽的狭缝。刻痕间的距离称为光栅常数。
设有一光栅常数的光栅。有一束平行光与光栅法线成角度,入射光栅产生衍射,如图所示:
如果在入射角为的方向上由于光振动的加强而在F处产生了一个明条纹,则光程差必等于波长λ的整数倍,即:
入射光线和衍射光线都在光栅法线的同侧时,上式等号左边括号内取正号;两者分居法线异侧时取负号。为衍射光谱级次,符号取决于程差的符号。
在光线正入射的情形下,,则上式变成:
式中为第级谱线的衍射角。据此可用分光计测出衍射角,从已知波长可以测出光栅常数。反之,如已知光栅常数,则可测出波长λ。
2、用最小偏向角法测定光波波长λ
如图所示,波长为λ的光束入射在光栅上,入射角为,若与入射线同在光栅法线一侧的及衍射光的衍射角为,则可得:
若以Δ表示入射光与第级衍射光的夹角,称为偏向角,则:
显然,Δ随入射角而变;当时Δ为一极小值,记作δ,称为最小偏向角。并且仅当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:
代入,得:
由此可见,如已知光栅常数,只要测出最小偏向角δ,就可根据上式算出波长λ。
三、实验仪器
1、分光计
本实验中,分光计的调整应满足:望远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。
2、光栅
光栅上有许多平行的、等距离的刻线。在本实验中,应使光栅刻线与分光计主轴与分光计主轴垂直,否则会影响测量结果。
四、实验任务
1、调整分光计和光栅以满足测量要求
2、在光线垂直入射的情形下,即时,测定光栅常数和光波波长
(1)使光栅平面与平行光管的光轴垂直
调节方法:先将望远镜的竖叉丝对准零级谱线的中心,从刻度盘读出入射光的方位;再测出同一m级左右两侧一对衍射谱线的方位角,分别计算出它们与入射光的夹角,如果二者之差不超过α′角度,就可以认为是垂直入射。
(2)选衍射级次
由于,这里是某一级次为时的典型参数。所以,在光强允许的情况下,应使尽量大,这样可以减小λ的不确定度。
(3)测定
光线垂直于光栅平面入射时,对于同一波长的光,对应于同一级左右两侧的衍射角是相等的。为了提高精度,一般是测量零级左右两侧各对应级次的衍射线的夹角,测量时应注意消除圆度盘的偏心差。
(4)求及λ
已知水银灯绿线的波长,由测出的绿线衍射角求出光栅常数;再用已求出的测定水银灯的两条黄线和一条波长最长的紫线的波长,并计算和λ的不确定度。
3、在斜入射时,测定水银灯光谱中波长较短的黄线的波长
(1)使光栅平面法线与平行光管光轴的夹角,即入射角,等于15°0′,同时记下入射光的方位和光栅平面的法线方位。
(2)测定波长较短的黄线的衍射角。
(3)根据上述读数,判断衍射光线和入射光线位居光