文档介绍：大学物理实验
居家物理实验报告
居家物理实验
光栅衍射实验
班级：
姓名：
学号：
实验地点：
实验日期：年月日
一 . 实验目的
。
2. 学会搭建建实验模型，选择合适的的参数以便于于测量。
二 . 实验原理
光栅 (grating) 有各种类型，实验中常用的是狭缝光栅。
狭缝光栅由大量等宽等间距的平行狭缝构成，广泛应用于各
类需要分光的实验和光学仪器中。一般常用的光栅是在玻璃
片上刻出大量平行的刻痕，刻痕为不透光部分，两刻痕之间
的光滑部分可以透光 ( 相当于一狭缝 ) 。这种利用透射光衍射
的光栅称为透射光栅。精制的光栅，在 1mm宽度内刻有数百
乃至数千条刻痕。另外一 - 类是利用两刻痕间的反射光衍射
的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻
痕间的光滑金属面可以反射光。这种光栅称为反射光栅 ( 常
称为闪耀光栅 ) 。实际应用中，各类光学设备使用的光栅基本
上都是反射光栅。
1. 投射光栅
如果单色平行光照射在光栅面上 ( 图 1) ，则透过各狹缝
的光线因衍射将向各个方向传播，这些衍射光线又互相干涉，
在接收屏上会形成明锐的谱线结构。
光强表达式中前 -- 项是单缝衍射因子，后 - 项是多缝干
涉因子。衍射光谱中明条纹的位置由 δ= +Kπ 确定，即
d(sinpx-sin0)=+Kh(K=0,1,2,.... (1)
此式称为光栅方程。当入射角 0 为 0 时，简化为 d sinqk=
+Kλ
光栅方程中， d=a+b 称为光栅常数 : λ 为入射光波长，
K 为明条纹级数， φK 是 K 级明条纹的衍射角 ( 见图 1) 。
从光栅方程中可以看到，如果入射光不是单色光，则因
光的波长不同，其衍射角 φ也各不相同，于是复色光将被
分解。在中央位置， K=0, φK=0处，各色光仍重叠在 - - 起，
形成中央明纹 ( 零级谱线 ) 。在中央明纹两侧对称地分布着
K=1, 2, 3， .. 级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依
次排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为 t 谱，如图
3 所示。各种需要较大色散的光学仪器如光谱仪等都需要分
光器件，光栅就是最常用的分光器件之一，它能把复合光分
解为光谱。
2. 反射光栅
从透射光栅的光栅方程中可以看到，透射光栅的零级谱
线并没有分光作用。但零级谱线的光强最大，因此透射光栅
的衍射谱线对能量的利用率是很低的。造成这个现象的原因
是，光栅缝间干涉的零级极大与单缝衍射因子的主极大方向
- - 致，光强主要集中在衍射主极大方向，而这个方向上是缝
间干涉的零级，无分光作用，所以造成了光强的极大浪费。
实际应用中，人们总是使用闪耀光栅来分光，它能极大地提
高光的利用效率。
反射光栅光路原理如图 4 所示， d 是光栅常数 ; 0 是相
对于光栅平面的入射角， φ 是衍射角。入射光投射到光栅平
面后，其反射光因单个槽面的衍射和缝间的干涉形成光谱，
谱线位置可同样由光栅方程给出 :
d(sinpK 士 sin0)= +K2 (2)
当入射光与衍射光在法线的不同侧时上式取负号，否则
取正号。对于正入射，上式简化为 : dsinpx= +Kio .
对于透射光栅和反射光栅，如果知道光栅常数