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衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件,由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成。由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领,它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。
光栅按不同分类方法可分为透射型和反射型光栅或振幅型和位相型光栅,本实验使用的是透射型振幅光栅。
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一、实验原理
1、光栅分光原理
光栅透光部分宽为a,不透光部分宽为b,d=a+b称为光栅常数。
波长为λ的单色平行光垂直照射光栅时,出射角θ满足如下光栅方程时,得到衍射主极大。
光栅常数d,波长λ以及衍射角θ三个量,已知其中两个,则第三个可由光栅方程求得。
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本实验用分光计的准直管获得平行光,垂直照射光栅后的衍射图样通过望远镜的物镜聚焦到分划板上,进行观察和读数。
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使用复色光源时,由光栅方程,各衍射级次中不同波长成分的衍射角θ不同,从而获得分光。
本实验使用***灯作为光源,光源中包含紫色、蓝色、绿色和黄色等多种波长成分。
-2-10+1+2
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绿+1级
绿
-1级
黄1
+1
级
黄2
+1
级
黄2
-1
级
黄1
-1
级
本实验通过测量绿光(波长已知)的衍射角可计算出光栅常数d,再通过测量双黄线的衍射角,可计算出两种黄光的波长。
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2、光栅的基本特性
衍射光栅的基本特性可用分辨本领和角色散率来表征。角色散率D是两条谱线偏向角之差与两者波长差之比:
**(不作)光栅的分辨本领R表征光栅分辨光谱细节的能力。定义为两条刚可被分开的谱线的波长(平均)与他们波长差之比。
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二、实验内容
调节分光计
平行光管产生平行光(平行光管的狭缝位于其物镜焦平面上),且光轴与仪器主轴垂直。
望远镜能接受平行光(分划板位于物镜焦平面上),且光轴与仪器主轴垂直。
载物台平面与仪器主轴垂直。
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调节光栅
望远镜及平行光管均与光栅平面垂直(三线合一)。
望远镜对准平行光管,光栅放置于载
物台上,转动内盘和望远镜,使零级主极大、反射绿叉丝像均与分划板垂线重合,然后锁紧内盘。
B1
B3
B2
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光栅刻线与仪器主轴平行。
转动望远镜,观察±1级、±2级各级衍射主极大,看它们是否等高。若不等高,调节B3螺钉使它们等高。
注意,测量之前务必把望远镜与外刻度盘固定在一起。
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测量衍射角
以绿光为例,转动望远镜,使-1级与分划板垂线重合,读角位置θ1和θ′1,再测+1级角位置θ2和θ′2,则1级绿光的衍射角θ为:
测量时,从最右端的黄2光开始,依次测黄2、黄1,绿光,······直到最左端的黄2光,重复测量三次。
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