光栅衍射实验.doc

实验名称:光栅衍射实验核51粟鹏文2015011744二、实验目得:(1)进一步熟悉分光计得调整与使用;(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数得原理与方法;(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。实验原理:衍射光栅简称光栅,就是利用多缝衍射原理使光发生色散得一种光学元件。它实际上就是一组数目极多、平行等距、紧密排列得等宽狭缝,通常分为透射光栅与平面反射光栅。透射光栅就是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成得,被刻划得线就是光栅中不透光得间隙。而平面反射光栅则就是在磨光得硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用得光栅就是由上述原刻光栅复制而成得,一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐,分辨本领比棱镜高,所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器得分光元件,用来测定谱线波长、研究光谱得结构与强度等。另外,光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。1、测定光栅常数与光波波长图1光栅得衍射光栅上得刻痕起着不透光得作用,当一束单色光垂直照射在光栅上时,各狭缝得光线因衍射而向各方向传播,经透镜会聚相互产生干涉,并在透镜得焦平面上形成一系列明暗条纹。如图1所示,设光栅常数d=AB得光栅G,有一束平行光与光栅得法线成i角得方向,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与光栅法线所成得夹角为j。如果在这方向上由于光振动得加强而在F处产生了一个明条纹,其光程差CA+AD必等于波长得整数倍,即: (1)式中,l为入射光得波长。当入射光与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。如果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级谱线得衍射角。,波长为得光束入射在光栅G上,入射角为i,若与入射线同在光栅法线n一侧得m级衍射光得衍射角为沪,则由式(1)可知(3)若以△表示入射光与第m级衍射光得夹角,称为偏向角, (4)显然,△随入射角i而变,不难证明时△为一极小值,记作,称为最小偏向角。并且仅在入射光与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,就可根据式(6)算出波长。四、主要得实验仪器及实验步骤:实验仪器:1。分光计分光计得结构与调整方法见4、3节。在本实验得各项任务中,为实现平行光入射并测准光线方叫位角,分光计得调整应满足:望远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者得光轴都垂直于分光计主轴。2。光栅如前所述,光栅上有许多平行得,等距离得刻线。在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。如果光栅刻线不平行于分光计主轴,将会发现衍射光谱就是倾斜得并且倾斜方向垂直于光栅刻痕得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。通过调整小平台,可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面垂直于小平台得两个调水平螺钉得连线。3。水银灯水银灯谱线得波长水银灯谱线得波长颜色紫绿黄红404、7491、6577、0607、3407、8546、1579、1612、3波长