用透射光栅测量光波波长及角色散率(有实验数据)

实验七 用透射光栅测量光波波长及角色散率

一、 目的：

1 加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解；

2 掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。

3 测量光波波长。 二、 仪器及用具

分光计、透射光栅、汞灯。 三、 原理

1光栅衍射及光波波长的测定

由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程

λθk d =s i n

（ ,3,2,1,0=k ） （1） 时，θ方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。式中d 为光栅常数，θ为衍

射角。若已知λ，则可求d ；若已知d ，则可求λ。 2 光栅的角色散率

光栅在θ方向的角色散率为

θ

λθsin d k D =??= （2）

测出d 及θ，可求出该方向的角色散率D 。 四、实验内容

1 仪器调节

分光计的调节，见实验三。载物台调水平后，使光栅平面与入射光垂直。 2 测光波波长、光栅常数、角色散率

以汞灯的绿谱线

A 75460?为已知，取1=k ，测该谱线左、右衍射光的角位置1T 、2T ，则衍射角212

1

T T -=θ,由（1）式可求光栅常数。 a) 绿光

''014818±= θ

由（1）和（2）式可分别求得光栅常数和角色散率分别为

m d 510)002.0645.1(-?±=

1410)02.088.1(-?±=cm D

b)紫光

'

_

4115

=θ， '02=?-

-θ， ''024115+= θ

由（1）和（2）式分别求得

A 4454360?±?=λ 1410)02.094.1(-?±=cm D b) 黄光

''041121±= θ

A )8.50.5774

(±=λ 1410)03.068.1(-?±=cm D

实验21 衍射光栅的特性与光波波长的测量

实验4.11 衍射光栅的特性与光波波长的测量 衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类：用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅。 根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。 本实验要求：理解光栅衍射的原理，研究衍射光栅的特性；掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法；进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。 【实验原理】 1．光栅常数和光栅方程 图4.11—1 衍射光栅 衍射光栅由数目极多，平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成，用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。设缝宽为a，相邻狭缝间不透光部分的宽度为b，则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1)，这是光栅的重要参数。 根据夫琅和费衍射理论，波长 的平行光束垂直投射到光栅平面上时，光波将在每条狭缝处发生衍射，各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉，干涉结果决定于光程差。因为光栅各狭缝间距相等，所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是 d sinθ(图4.11—1)。θ是衍射光束与光栅法线的夹角，称为衍射角。 在光栅后面置一会聚透镜，使透镜光轴平行于光栅法线(图4.11—2)，透镜将会使图4.11—2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的P点，由多光束干涉原理，在θ满足下式时将产生干涉主极大，户点为亮点：

物理实验报告记录《用分光计和透射光栅测光波波长》

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3 精选范文:物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)【实验目的】 观察光栅的衍射光谱，掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【实验仪器】 分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。 【实验原理】 光栅是一种非常好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类，本实验采用透射光栅，它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用d 表示。 由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射，同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉，光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件 k = 0， ±1， ±2， … (10) 的衍射光在该衍射角方向上将会得到加强而产生明条纹，其它方向的光将全部或部分抵消。式（10）称为光栅方程。式中d 为光栅的光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。当k=0时，θ= 0得到零级明纹。当k = ±1， ±2 …时，将得到对称分立在零级条纹两侧的一级，二级 … 明纹。 实验中若测出第k 级明纹的衍射角θ，光栅常数d 已知，就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。 【实验内容与步骤】 1．分光计的调整 分光计的调整方法见实验1。 2．用光栅衍射测光的波长 （1）要利用光栅方程(10)测光波波长，就必须调节光栅平面使其与平行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝，使望远镜目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像，然后固定望远镜。将装有光栅的光栅支架置于载物台上，使其一端对准调平螺丝a ，一端置于另两个调平螺丝b 、c 的中点，如图12所示，旋转游标盘并调节调平螺丝b 或c ，当从光栅平面反射回来的“十”字像与分划板上方的十字线重合时，如图13所示，固定游标盘。 物理实验报告 ·化学实验报告 ·生物实验报告 ·实验报告格式 ·实验报告模板图12 光栅支架的位置 图13 分划板 （2）调节光栅刻痕与转轴平行。用钠光灯照亮狭缝，松开望远镜紧固螺丝，转动望远镜可观察到0级光谱两侧的±1、±2 级衍射光谱，调节调平螺丝a （不得动b 、c ）使两侧的光谱线的中点与分划板中央十字线的中心重合，即使两侧的光谱线等高。重复（1）、（2）的调节，直到两个条件均满足为止。 （3）测钠黄光的波长 ① 转动望远镜，找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/，并记入表 4 中。 ② 右转望远镜，找到一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ右和θ右/，并记入表4中。 ③ 左转望远镜，找到另一侧的一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ左和θ左/，并记入表4中。 3．观察光栅的衍射光谱。 将光源换成复合光光源（白炽灯）通过望远镜观察光栅的衍射光谱。 【注意事项】 1．分光计的调节十分费时，调节好后，实验时不要随意变动，以免重新调节而影响实验的进行。 2．实验用的光栅是由明胶制成的复制光栅，衍射光栅玻璃片上的明胶部位，不得用手触摸或纸擦，以免损坏其表面刻痕。 3．转动望远镜前，要松开固定它的螺丝；转动望远镜时，手应持着其支架转动，不能用手持着望远镜转动。 【数据记录及处理】 表4 一级谱线的衍射角 零级像位置 左传一级像 位置 偏转角 右转一级像 位置 偏转角 偏转角平均值 光栅常数 钠光的波长λ0 = 589·3 nm 根据式（10） k=1， λ= d sin 1= 相对误差 【思考题】 1． 什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？ 2． 分光计的主要部件有哪四个？分别起什么作用？ 3． 调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴时很重要的一项工作是什么？如何才能确保在望远镜中能看到由双面反射镜反射回来的绿十字叉丝像？ 4． 为什么利用光栅测光波波长时要使平行光管和望远镜的光轴与光栅平面垂直？ 5． 用复合光源做实验时观察到了什么现象，怎样解释这个现象？ [物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)]篇一：物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 物理实验报告《用分光计和透 射光栅测光波波长》 【实验 目的】

用分光计测光栅常数和光波的波长

衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】 1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长． 3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识． 【实验仪器与用具】 分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】 普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝． 图15—1光栅衍射图 光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．

下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ，于是，形成亮条纹的条件为： (a+b)sinφ= Kλ，K = 0，±1，±2，… 或d sinφ＝Kλ．（15－1） 式中，d＝a+b称为光栅常数，λ为入射光波波长，K为明条纹(光谱线)级数，φ是K级明条纹衍射角． K＝0的亮条纹叫中央条纹或零级条纹，K＝±1为左右对称分布的一级条纹，K ＝±2为左右对称的二级条纹，以此类推． 光栅狭缝与刻痕宽度之和a+b称为光栅常数．若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕，则光栅常数d＝(a+b)= cm．当a+b已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15－1)即可算出光波波长λ．当λ已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15—1)可计算出光栅常数． 图15－2 光栅的放置 在λ和a+b一定时，不同级次的条纹其衍射角不同．如a+b很小，则光栅衍射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量．另外，如果K和a+b一定时，则不

大学物理实验教案-用透射光栅测定光波波长

实验名称：用透射光栅测定光波波长 实验目的： 1、理解光栅衍射的基本原理与特点； 2、掌握分光仪、光栅的调节要求与方法，掌握各步调节的目的和实现的判据； 3、认识光栅光谱的分布规律，并能正确判别衍射光谱的级次； 4、利用光栅测定光栅常量、光波波长。 实验仪器： 分光计 透射光栅 双面反射镜 汞灯 实验原理： 若以单色平行光束垂直照射光栅，通过每个狭缝的光都会发生衍射，这些衍射光又在一些特殊方向上被透镜会聚于焦平面上一点后，因干涉加强而型成各级亮线，如图1，若衍射角为φ的光束经透镜会聚后互相加强，则角φ必须满足关系式 ,...) 3,2,1,0(, sin =±=k k d k λ? 即光程差必须等于光波长的整数倍。式中λ为单色光波长，k 是亮条纹级次，?k 为k 级谱线 如果入射光是复色光，由于各色光的波长各不相同，则由公式（41-1）可以看出，其衍射角k ?也各不相同，经过光栅后，复色光被分解为单色光。在中央0=k ，0=k ? 位置处，各色光仍将重叠在一起，形成0级亮条纹。而在中央亮条纹两侧，各种波长的单色光产生各自对应的谱线，同级谱线组成一个光带，这些光带的整体叫做衍射光谱。如图所示，它们对

称地分布在中央亮条纹的两侧。 1、 测量光栅常数 用汞灯光谱中的绿线（546.07nm λ=）作为已知波长测量光栅常数d 。测量公式 sin k k d λ ?= 2、 测量波长 用上面求出的光栅常数，测量光谱线的波长。测量公式 sin k d k ?λ= 3. 光栅的角色散 角色散是光栅的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离。汞灯光谱中双黄线的波长差之差λ?=2.06nm ，两条谱线偏向角之差??和两者波长之差λ?之比： λ???= D 对光栅方程微分可有 ?λ?cos d k D = ??= 由上式可知，光栅光谱具有如下特点：光栅常数d 越小，色散率越大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率。 实验内容 1、光栅的调节 （1）调节分光计，使望远镜对准无穷远，望远镜轴线与分光计中心轴线相垂直，平行光管出射平行光。调节方法见光学实验常用仪器部分。狭缝宽度调至约1毫米。 （2）安置光栅，要求入射光垂直照射光栅表面，平行光管狭缝与光栅刻痕相平行。 （3）调节光栅使其刻痕与转轴平行。注意观察叉丝交点是否在各条谱线中央，如果不是，可调节螺丝予以改正，调好后，再回头检查光栅平面是否仍保持和转轴平行。如有了改变，就要反复多次，直到两个要求都满足为止。 2、测定光栅常数 以汞灯为光源，测出K=±1波长为5460.7nm 绿光衍射角φ，求d 。但应注意：+1与-1级的衍射角相差不能超过几分，否则应重新检查入射角是否为零。 3、测定未知光波波长及色散率 用上法在K=±1时测出汞的紫、双黄线的衍射角，求出 它们的波长。 3、测定未知光波波长 求出汞的两条黄线λ1及λ2的衍射角角之差??，求出 λ1及λ2并计算出Δλ，再

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。

CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状

光栅衍射法测量光波长

光栅衍射法测量光波长数据处理参考 1.数据记录 表一 汞灯绿光衍射角的测量 次序 k θ 'k θ k -θ 'k -θ 1 230°3’ 50°0’ 268°27’ 88°25’ 2 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 3 230°2’ 50°0’ 268°26’ 88°23’ 4 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 5 230°3’ 49°58’ 268°27’ 88°24’ 6 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°25’ 7 230°2’ 49°59’ 268°27’ 88°25’ 8 230°3’ 49°59’ 268°28’ 88°23’ 注：极限误差0.017,2,1/300()m k d mm ?=?== 2、实验数据处理（数据计算要有过程，即计算公式、数值代入，有效数字的保留要正确） A 、对 k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ测量量进行检查，无坏值出现。 8 1 1230.048k ki i θθ===?∑ 0.0031k S θ= =? vp t =1.08 1.080.00310.0034k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == 0.010k u ===? B 、对 'k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 'k θ 测量量进行检查，无坏值出现。 8 ''1 149.988k k i i θθ===?∑ ' 0.0038k S θ= = ? vp t =1.08 ' 1.080.00380.0041k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == '0.010k u ===? C 、对 k -进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ-测量量进行检查，无坏值出现。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________ 一、0i =时，测定光栅常数和光波波长 光栅编号：___2____；?=仪___1’___；入射光方位10?=__7°6′__；20?=__187°2′__。 由衍射公式，入射角0i =时，有sin m d m ?λ=。 代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′，求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角，得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1

()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1，()576.80.5nm λ=±黄2，()435.70.4nm λ=±紫 由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近，但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值（给定的绿光波长与级数为准确值），而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差，观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。 二、150'i =?，测量波长较短的黄线的波长 光栅编号：___2____；光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__；2n ?=__172°1′__。

物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》

物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 【实验目的】 观察光栅的衍射光谱，掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【实验仪器】 分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。 【实验原理】 光栅是一种非常好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类，本实验采用透射光栅，它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用d 表示。 由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射，同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉，光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件 k = 0，±1，±2， (10) 的衍射光在该衍射角方向上将会得到加强而产生明条纹，其它方向的光将全部或部分抵消。式（10）称为光栅方程。式中d为光栅的光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。当k=0时，θ= 0得到零级明纹。当k = ±1，±2 …时，将得到对称分立在零级条纹两侧的一级，二级… 明纹。

实验中若测出第k级明纹的衍射角θ，光栅常数d已知，就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。 【实验内容与步骤】 1．分光计的调整 分光计的调整方法见实验1。 2．用光栅衍射测光的波长 （1）要利用光栅方程(10)测光波波长，就必须调节光栅平面使其与平行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝，使望远镜目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像，然后固定望远镜。将装有光栅的光栅支架置于载物台上，使其一端对准调平螺丝a ，一端置于另两个调平螺丝b、c的中点，如图12所示，旋转游标盘并调节调平螺丝b或c ，当从光栅平面反射回来的“十”字像与分划板上方的十字线重合时，如图13所示，固定游标盘。 物理实验报告·化学实验报告·生物实验报告·实验报告格式·实验报告模板 图12 光栅支架的位置图13 分划板 （2）调节光栅刻痕与转轴平行。用钠光灯照亮狭缝，松开望远镜紧固螺丝，转动望远镜可观察到0级光谱两侧的±1、±2 级衍射光谱，调节调平螺丝a （不得动b、c）使两侧的光谱线的中点与分划板中央十字线的中心重合，即使两侧的光谱线等高。重复（1）、（2）的调节，直到两个条件均满足为止。 （3）测钠黄光的波长 ① 转动望远镜，找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/，并记入表4 中。

用透射光栅测定光波波长

用透射光栅测光波波长 一、实验目的 1、进一步学习分光计的调整和使用。 2.加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解 3 掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。 二、实验仪器 分光计、钠灯、光栅等 三、实验原理 光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件。它 不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波。由于制造方法或用途不同，光栅的种类很多，有刻痕光栅和全 息光栅之分；有透射光栅和反射光栅之分等等。本实验 选用透射式平面刻痕光栅，它在光栅上每毫米刻有n 条 刻痕，其光栅常数d = 1/n 。现代光栅技术可使n 多达一千条以上。 1．光栅衍射及光波波长的测定 由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程 λθk d =sin （ ,3,2,1,0=k ） （1） 时，θ方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。式中d 为光栅常数，θ为衍射角。若已知λ，则可求d ；若已知d ，则可求λ。 2． 光栅的角色散率 光栅在θ方向的角色散率为 θ λθcos d k d d D == （2） 测出d 及θ，可求出该方向的角色散率D 。 四、实验内容和步骤 1．调节分光计 分光计的调节要求是：望远镜聚焦于无穷远；准直管发出平行光；准直管与望远镜同轴并与分光计转轴正交．调节时，首先用目视法进行粗调。使望远镜、准直管和载物台面大致垂直于分光计转轴，然后按下述步骤和方法进行细调． (1)用自准法调节望远镜聚焦于无穷远． (2)调节望远镜主轴垂直于仪器转轴． 1 75——图b d θP θ2L 1L S G

图33-5-------图33-6 (3)调节分划板上十字叉丝水平与垂直．转动载物平台，从目镜中观察绿十字像是否沿叉丝水平线平行移动，若不平行，则可转动分划板套筒使其平行(注意不要破坏望远镜的调焦), 到此，望远镜已调好，可作为基准进行其它调节． (4)调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直 2、光栅位置的调节 将光栅按照上面平面镜的位置放置，并与准直管尽量垂直。一般情况下，因为光栅片与载物小平台并不垂直，因此，光栅放在已经调好的分光计上后，还要对分光计进行调节，但此时不能调节分光计的望远镜系统，只能调节载物小平台。其要求是：亮十字反射回来的像(绿十字)及狭缝像与调整叉丝的竖直线重合，亮十字反射回的像的水平线同时与调整叉丝的水平线重合。因为光栅的两面并不严格平行，因此，此时调节光栅时不必将光栅转动1800 。 用钠灯照亮狭缝，转动望远镜观察光谱，如果左右两侧的光谱线相对于目镜中的叉丝的水平线高低不等，说明光栅的衍射面和观察面不一致，这时可调节平台上的螺钉c ，使他们一致（调整a,b 可否？为什么？）。 3、测定光栅常数d 根据（1）式，只要测出第k 级光谱中波长为λ的已知谱线的衍射角θ，就可以求出d 值。测量钠光谱中双黄线中的nm D 995.5882=λ的第1级或第2级的衍射角。 方法：转动望远镜使叉丝对准谱线的中心，记录两游标的读数21,v v ；将望远镜转到另一侧，使叉丝对准谱线的中心，记录两游标的读数' '21,v v ，衍射角 )]()[(2 12211v v v v -'+-'=θ 重复测量三次，计算光栅常数d 及其标准不确定度。 4、测量光谱中绿光的波长 用以测出的光栅常数，在测量此谱线的衍射角就可以用衍射公式求出谱线的波长。衍射角的测量同上，测量三次。 5、测量光栅的角色散 对钠光灯，光谱中的双黄线nm D 592.5891=λ，nm D 995.5882=λ，两黄线的波长差为nm 597.0=?λ，测出其第1级、第2级光谱中的两黄线的衍射角21,θθ，衍射角的测量同上，测量三次。根据公式（2）计算角色散率。 思考题 １．本实验对分光仪的调整有何特殊要求？如何调节才能满足测量要求？ ２．分析光栅和棱镜分光的主要区别。 ３．如果光波波长都是未知的，能否用光栅测其波长？

分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学

分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学

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南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：光栅衍射实验 学院: 机电工程学院专业班级: 能源与动力工程１６2班 学生姓名：韩杰学号：5９02616051 实验地点：基础实验大楼座位号:

一、实验目的: 1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2.加深对分光计原理的理解。 3．用透射光栅测定光栅常数。 二、实验原理： 分光镜，平面透射光栅，低压汞灯(连镇流器 三、实验仪器： 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上的刻痕起着不透光的作用，两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为10０0条/毫米,即每毫米上刻有1０00条刻痕。 图1光栅片示意图图２光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图４载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射,所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用，相邻两缝对应的光程差为 (1） 出现明纹时需满足条件 （2） (2）式称为光栅方程，其中: 为单色光波长;k为明纹级数。 由(2)式光栅方程，若波长已知,并能测出波长谱线对应的衍射角,则可以求出光栅常数d。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色１＝４3５.8ｎｍ；绿色2＝5４6.１ｎm;黄色两条３=５77.0nｍ和4=579．1nｍ。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。

光栅测波长

光栅测波长 1?实验目的 （1 ）学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。 （2）学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。 （3 ）理解角色散与分辨本领的意义及测量方法。 2?实验仪器 JJY分光仪（1'、光栅、平行平面反射镜、汞灯 3.实验原理： 1?光栅方程 当一束波长为泊勺平行光垂直照射在光栅上时，如图所示，每一个狭缝透过的光都要发生衍 射，向各个方向传播。经过光栅衍射，与光栅面法线成①角的 平行光，经过透镜后汇聚于透镜焦平面出屏上一点P ,①角称为衍射角。由于光栅上各狭缝 是等间距的，所以沿①角方向的相邻光束间的光程差都等于 当沿①角方向传播的相邻光束间光程差dsin等于入射光波长的整数倍时，各缝射出的、聚焦 于屏上P点的光因相干叠加得到加强，形成明条纹。 因此，光栅衍射明纹的条件是： 由丨sin丨W知，主级大的级数限制是即在给定光 栅常数的情况下，光谱级数是有限的。用分光仪测 得第k级谱线的衍射角之后，在已知 2.光栅色散本领与分辨本领 由光栅方程知，入射光波长不同，衍射角也不同。如果用复色光入射，则光栅会将不同波长的光按照波长大小从小到大依次排列，形成光谱。 （1）角色散率：设两单色光波长分别为入1、私，则波长差3入=-入入21第k级衍射角之差为 ds in ①=k 入（k=0、±、=t2， … ） k w d/,入 dsin①因为光程差一定，它们彼此之间将会发生干涉。

则第k级角色散率为D? = / （3单位为nm , 3单位为弧度） 由光栅方程可得D? =k/（dcos 0 则说明D0与d成反比，与k成正比。 / 2）光栅分辨本领R三？？3入 4.实验步骤： 1. 调节好分光仪； 2. 将光栅按如图所示的方式放置在载物台上。挡住光源的光，开亮望远镜上的小灯，转动载物 3.调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行: 以分划板横线为基准，观察左右谱线在望远镜左右视场中高度是否一致，如果不一致，则调节螺钉B1使谱线等高； 4. 用汞灯照亮平行光管的狭缝，使平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望 远镜定性观察谱线的分布的变化。 5. 测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色，绿色，黄色1，黄色2谱线。使平行光垂直照射在光栅上，先使望远镜对准中央亮线，然后向左转动望远镜，对 观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央与分划板的垂直线重合，记录各谱线的角位置。 5.数据处理：

用光栅测量光波波长

用光栅测量光波波长实验报告 学院班级学号姓名 实验目的与实验仪器 【实验目的】 （1）学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。 （2）学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。 （3）了解角色散与分辨本领的意义及测量方法。 【实验仪器】 JJY分光仪(1’)、光栅、平行平面反射镜、汞灯等。 实验原理（限400字以内） 1、光栅方程 dsin?=kλ (k=0,±1,±2,…) 主极大的级数限制：k≤d λ 2、光栅色散本领与分辨本领 光栅的分光原理：波长越长，衍射角越大。 色散现象：入射光是复合光，不同的波长被分开，按从小到大依次排列，成为一组彩色条纹，就是光谱。 K级次的角色散率：D?=d? dλ=k dcos? 光栅的分辨本领定义为刚好能分辨开的两条单色谱线的波长差δλ与这两种波长的平均值之比：R=λ δλ 实验步骤 光栅方程是在平行光垂直入射到光栅平面的条件下得出的，因此要按此要求调节仪器：1）按实验【实验装置】部分的“1.分光仪的构造”和“2.分光仪的调节”内容调节好分光仪。 2）调节光栅平面使之与平行光管光轴垂直：调B2或B3十字水平线。 3）调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行：调B1使谱线高度一致。 4）用汞灯照亮平行光管的狭缝，设平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望远镜定性观察谱线的分布的变化。 5）测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色、绿色、黄色I、黄色II四条谱线。使望远镜对准中央亮线，向左转动，对观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央与分划板的垂直 线重合，将望远镜此时的角位置(P 左,P 左 ′) 记录到表到中。同样的，向右转动，将望 远镜此时的角位置(P 右,P 右 ′) 记录到表到中。 读数： 【分析讨论】 讨论光栅的作用、汞光谱线的分布规律与特征、平行光入射角度对谱线分布的影

光栅测定光波波长

用透射光栅测定光波波长 用平面透射光栅得到日光灯白光的夫朗和费衍射条纹，其中可以清晰的得到汞光谱中的绿线（546.07nm λ=），钠光谱中的二黄线（1589.592D nm λ=，2588.995D nm λ=）。若d 为光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长，k 为光谱级数（0,1,2k =±± ），则产生衍射亮条纹的条件为： sin d k θλ= （光栅方程） （1）测量光栅常数 用汞灯光谱中的绿线（546.07nm λ=）作为已知波长测量光栅常数d 。 测量公式： sin k d λθ = （2）测量未知波长 已知光栅常数d ，测量钠灯光谱中的二黄线波长1D λ和2D λ。 测量公式： sin d k θλ= （3）测量透射光栅的角色散 已知钠光谱中的二黄线的波长差λ?，测出钠光谱中的二黄线的衍射角，求光栅的角色散D 。 测量公式： D θ λ?=? 分光计测量光波波长 当一束平行光垂直入射到光栅上，产生一组明暗相间的衍射条纹，原理如图 9— 1所时，其夫朗和费衍射主极大由下式决

定： λm d =Φsin 式中：d ：光栅常数 d = a + b Φ：衍射角 m ：主极大级次 m = 0 ，±1， ±2 此式称光栅方程 由（9 — 1）式得 ： m d Φ= sin λ 由此可以看出：只要测出任意级次的某一条光谱线的衍射角，即可计算出该光波长。 牛顿环测量钠光灯谱线的波长 根据理论计算可知，在反射光中暗环半径rk 与入射光的波长λ和透镜球面的曲

率半径R 之间的关系是 () 21λkR r k = 式中，k 为正整数0，1，…，k ，称为环的级数。 由上式可知，如果用已知波长的单色产生牛顿环，当已知暗环的半径rk ，就可算出透镜球面的曲率半径R;若已知R ，测出rk ，就可算出产生牛顿环的光波波长λ。 钠光灯谱线的波长为： () ()R n m D D n m --= 422λ 用迈克尔逊干涉仪测激光波长 1、光程：折射率与路程的乘积，nr =? 2、分振幅干涉：波面的个不同部分作为发射次波的光源，次波本身分成两部分，做不同的光程，重新叠加并发生干涉。 3、等倾干涉公式推导：（如图所示） 次波分成两部分，一部分直接反射从A 点经过透镜到达S ，另一部分透射到B 点，再反射到 C

分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学

大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：光栅衍射实验 学院：机电工程学院专业班级：能源与 动力工程162班 学生：杰学号： 5902616051 实验地点：基础实验大楼座位号：

m m m m m m d d d d ??????tan ln )()ln (2 2?=???=???=? （2）λ的不确定度 sin /m d m λ?= ln ln ln(sin )ln m d m λ?=+- cos ln 1 sin tan ln 1 m m m m d d ?λ???λ?==??=? 22 21( )()tan λ ?λ ???=+?m m d d 由以上推导可知，测量d 时，在m ??一定的情况下，m ?越大d 的偏差越小。但是m ?大时光谱级次高，谱线难以观察。所以要各方面要综合考虑。 而对λ的测量，也是m ?越大不确定度越小。 综上，在可以看清谱线的情况下，应该尽量选择级次高的光谱观察，以减小误差。 6.2 求绿线的d 和λ并计算不确定度 1）二级光谱下： 由sin m m d λ ?= ，代入数据 m ?=19 ，可得 d =3349.1nm 又由 m m m m m m d d d d ??????tan ln )()ln (22?=???=???=?，m ??=2＇得 d ?=3349.1*[2π/(60*180)]/tan(19 )=0.6nm

d =(3349.1±5.7)nm 而实验前已知光栅为300线每毫米，可见测量结果与实际较吻合。 再用d 求其他光的λ： sin /m d m λ?= 22 21( )()tan λ?λ ???=+?m m d d 对波长较长的黄光：?m =20 o 15＇,d=3349nm 代入，可得 λ=579.6nm ，λ?=1.4nm 可以看到，三级谱线下测量后计算的结果教二级谱线下的结果其偏差都更小，与理论推断吻合。 6.3 在i=15 o 时，测定波长较短的黄线的波长。 由 ，m=2，可得： 在同侧：λ=577.9nm 在异侧：λ=575.9nm 6.4 最小偏向角法求波长较长的黄线的波长 由公式： Λ ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ 代入数据：m=2,δ= 39o 51＇代入，得 λ=579.4nm 与实际值吻合良好。

衍射光栅测波长

衍射光栅测波长 光栅是一种重要的分光元件，是一些光谱仪器（如单色仪，光谱仪）的核心部分，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量，光通信及信息处理等方面。 一、实验目的： 1、熟悉分光计的调整和使用。 2、观察光线通过光栅后的衍射现象。 3、掌握用光栅测量光波长及光栅常数的方法。 二、实验仪器 TTY —01型分光计，待测波长的光源，光栅。 三、实验原理： 光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距离较宽的匀排光谱。所得光谱线的亮度比棱镜分光时要小一些，但光栅的分辨本领比棱镜大。 光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用于光谱仪上。 光栅在结构上有平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅等几种、同时又分为透射式和反射式两类。本实验选用透射式平面刻痕光栅或全息光栅。 透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量互相平行，宽度和间距相等的刻痕制成的。当光照射在光栅面上时，刻痕处由于散射不易透光，光线只能在刻痕间的狭缝中通过。因此，光栅实际上是一排密集均匀而又平行的狭缝。 若以单色平行光垂直照射在光栅面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同的明条纹。 按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定： λφk b a k ±=+sin )( 或：λφk d k ±=sin （ 2.1.0=k ） （1.3—1） 式中：d=)(b a +称为光栅常数，λ为入射光波长，k 为明条纹（光谱线）级数，φk 为K 级明条纹的衍射角。（参看图1.3—1）。 如果入射光不是单色光，则由式（1.3—1）可以看出，光的波长不同其衍射角φk 也各不相同，于是复色光将被分解。而在中央k=0，φk=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，在中央明条纹两侧对称分布着k=1、2……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单色光（如图1.3—1）

光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇

实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月

一． 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 二． 实验原理 1.闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（φ=90?）光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时，衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取+号，异侧时取-号，单缝衍射中央主 极大的条件是0u =，即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足0v =，即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的，光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿形的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”，与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ，于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射（发光） 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ，发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能

用光栅测光波波长

实验6 用透射光栅测光波波长 光的衍射现象是光波动性质的一个重要表征。在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。衍射光栅是利用光的衍射现象制成的一种重要的分光元件。光栅相当于一组数目众多的等宽、等距和平行排列的狭缝。光栅分应用透射光工作的透射光栅和应用反射光工作的反射光栅两种，本实验用的是透射光栅。 利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量、光通信、信息处 理、光应变传感器等方面。所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。 预习要点 1、什么是光栅？它的作用是什么？ 2、光栅光谱有什么特点？ 3、分光计的作用是什么？如何调节？什么是渐近法？ 4、分光计的读数原理。设两个游标的原因。 实验目的 1．了解分光计的结构；学会分光计的调节和使用方法。 2．加深对光的衍射和光栅分光作用基本原理的理解。 3．学会用透射光栅测定光波的波长及光栅常数。 实验仪器 分光计，平面光栅，汞灯。 实验原理 光栅相当于一组数目众多的等宽、等距和平行排列的狭缝，被广泛用在单色仪、摄谱仪等光学仪器中。光栅分应 用透射光工作的透射光栅和 应用反射光工作的反射光栅 两种，本实验用的是透射光 栅。 如图1所示，自透镜L 1 射出的平行光垂直地照射在 光栅Ｇ上。透镜L 2将与光栅 法线成θ角的衍射光会聚于 其第二焦平面上的P θ点。由 光栅方程得知，产生衍射亮条纹的条件为 λθk d =sin （k ＝±1，±2，…，±n ） （1） 式中θ角是衍射角，λ是光波波长，k 是光谱级数，d 是光栅常数，因为衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射象，是一条锐细的亮线，所以又称为光谱线。 当k ＝０时，任何波长的光均满足（1）式，亦即在0=θ的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形成明亮的零级光谱，对于k 的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（θ的值不同），而与k 的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零级光谱的两侧。若光栅常数d 已知，在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ，则可由（1）式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。 θ