文档介绍：实验五用透射光栅测定光波波长
目的
1、加深对光栅分光原理的理解;
2、用透射光栅测定光栅常量、光波波长和光栅角色散;
3、熟悉分光计的使用方法。
仪器和用具
分光计,平面透射光栅,***灯,钠灯,单缝(宽度可调)
原理
光栅和棱镜一样,是重要的分光光学元件,已广泛应用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。实际上,光栅就是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。应用透射光工作的称为透射光栅,应用反射光工作的称为反射光栅。本实验用的是平面透射光栅。
如图10-1所示,设S为位于透镜L1物方焦面上的细长狭缝光源,G为光栅,,则产生衍射亮条纹的条件为
(10-1)
式(10-1),是光波波长,k是光谱级数()。衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射像,是一条锐细的亮线。当k=0时,在θ=0的方向上,各种波长的亮线重叠在一起,形成明亮的零级像。对于k的其它数值,不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱,此时各波长的亮线称为光谱线。而与k的正、负两组值相对应的两组光谱,则对称地
分布在零级像的两侧。因此,若光栅常量d为已知,当测定出某谱线的衍射角θ和光谱级k,则可由式(10-1)求出该谱线的波长λ反之,如果波长λ是已知的,则可求出光栅常量d。
由光栅方程(10-1)对λ微分,可得光栅的角色散
(lO-2)
角色散是光栅、棱镜等分光元件的重要参数,它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距。由式(10-2)可知,光栅常量
d愈小,角色散愈大;此外,光谱的级次愈高,角色散也愈大。而且光栅衍射时,如果衍射角不大,则COSθ近于不变,光谱的角色散几乎与波长无关,即光谱随波长的分布比较均匀,这和棱镜的不均匀色散有明显的不同。
分辨本领是光栅的又一重要参数,它表征光栅分辨光谱细节的能力。设波长为λ和λ+dλ的不同光波,经光栅衍射形成两条谱线刚刚能被分开,则光栅分辨本领R为
(10-3)
根据瑞利判据,当一条谱线强度的极大值和另一条谱线强度的第一极小值重合时,则可认为该两谱线刚能被分辨。由此可以推出
(l0-4)
其中k为光谱级数,N是光栅刻线的总数。(问:设某光栅N=4000,对一级光谱在波长为590nm附近,它刚能辨认的两谱线的波长差为多少?)
实验内容
1、分光计的调节
按§3-4有关内容,调节分光计,即
(1)望远镜适应平行光(对无穷远调焦)。
(2)望远镜、准直管主轴均垂直于仪器主轴。
(3)准直管发出平行光。
2、光栅位置的调节
(1)根据前述原理的要求,光栅面应调节到垂直于入射光。
(2)根据衍射角测量的要求,光栅衍射面应调节到和观测面度盘平面一致。当分光计的调节已完成时,方可进行这部分调节。
首先,使望远镜对准准直管,从望远镜中观察被照亮的准直管狭缝的像,使其和叉丝的竖直线重合,固定望远镜。其次,参照图10-2放置光栅,点亮目镜叉丝照明灯(移开或关闭狭缝照明灯),左右转动载物平台,看到反射的"绿十字",.
用***灯照亮准直管的狭缝。转动望远镜观察光谱,