用光栅测量光的波长
用光栅测量光的波长
用光栅测量光的波长
衍射光栅是利用多缝衍射原理使光波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，故它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。采用现代高科技技术可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光波。在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类。本实验所用光栅是透射式光栅。
光在传播过程中的衍射、散射等物理现象以及光的反射和折射等都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定。在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义。
分光计是一种用于角度精确测量的典型光学仪器，常用来测量光波波长、折射率、色散率、观测光谱等。由于该装置比较精密，操纵控制部分多而复杂，故使用时一定要严格按要求进行。特别是对于初学者，往往会感到有一些困难。但只要在调整、实验过程中，明确调节要求，注意观察现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，一般是能够较好掌握的。分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。
本实验使用的主要仪器有分光计和测量显微镜，分别测量光栅衍射角和光栅常数，重点训练的方法与技能有：（1）分光计的调节方法，包括望远镜目镜调节和调焦、平行光管的调节等。（2）分光计角游标的原理和读数方法。（3）测量显微镜的调节和使用方法。
这是一个基础性物理光学实验。实验过程中注意体会由粗调到细调、按规律调整精密光学仪器的思想和方法、消除分光计偏心差的方法、消除视差的方法以及消除螺距差的方法。分光计的使用和调节有一定的难度，也是本实验的重点和难点，数据处理难度不大，适合于
物理、机械、计算机、自动化等众多理工科专业的学生选做，难度系数为：1.10。
实验具体内容与要求
1、分光计的调节
在进行调整前，应先熟悉分光计中下列螺丝的位置：
（1）目镜调焦手轮（看清分划板刻线）；
（2）望远镜调焦（看清物体）手轮（或螺钉）；
（3）调节望远镜水平螺钉；
（4）控制望远镜（连同刻度盘）转动的螺丝；
（5）调整载物台水平状态的三个螺丝；
（6）控制载物台转动的制动螺钉；
（7）调整平行光管狭缝宽度的螺丝；
（8）调整平行光管水平的螺丝；
（9）平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。
分光计的调节内容和过程大致如下：
（1）目测粗调：将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直。
（2）用自准法调整望远镜聚焦于无穷远。
调节目镜调焦手轮，直到能够清楚地看清分划板上的刻线为止。将小平面镜放到载物台上轻缓转动载物台，或轻调载物台和望远镜的水平，从望远镜中观察到反射回的绿色十字像（或模糊的像斑）。调节望远镜目镜套筒的位置，使十字像清晰。注意消除视差。
（3）调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直。
先粗调，也就是首先通过目视调节望远镜和载物台的水平调节螺钉，并轻缓转动载物台，从望远镜中能够观察到小平面镜两面反射回的十字像，然后细调望远镜及载物台的水平，使十字像与望远镜视场中上方刻线十字处重合。
（4）调整平行光管。
用已调好的望远镜调整平行光管。调节狭缝装置的位置，使从望远镜里看到的狭缝的像最清晰，调节缝宽，使像的宽度大约1mm。调
节平行光管的光轴与分光计的中心轴垂直。
2、衍射角的测量
（1）光栅的放置：将光栅放在载物台上，并通过调节使之与平行光管垂直，以满足平行光直入射的条件。
（2）对准衍射条纹，利用两个角游标精确读数。
3、光栅常数的测量
正确使用读数显微镜，并应用累积放大法，每次测量多倍光栅常数，以减小测量误差。
4、计算钠黄光的波长，并与标准值比较，计算相对百分误差。
实验仪器简介
1、分光计用于测量光栅衍射各级谱线的衍射角。分光计是测量角度的精密仪器，主要由三足底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘、游标盘等组成。
2、测量显微镜，用于测量光栅常数。
3、衍射光栅。
实验仪器实物照片
预习基本要求
1、了解分光计的结构和调节使用方法。
2、理解光衍射条纹的形成原理和光栅方程的意义。
3、了解测量显微镜的使用方法和光栅常数的测量方法。
4、明白利用分光计测量衍射角的方法和过程，以及利用衍射方程计算钠黄光波长的方法。
常见问题与解答
1、分光计结构比较复杂，调节部件比较多，实验时不要太着急，根据教材说明和教师讲解一步一步地有条不紊地进行，很快就会掌握调节和使用方法。
2、调节望远镜焦距和水平时，经常会出现找不到反射回的十字像的情况。这时要采用先粗调、后细调的方法，也就是说先通过目视调节，使望远镜基本水平，小平面镜基本与望远镜相垂直，然后再从望远镜中寻找反射回的十字像。
3、通过调节使小平面镜两面反射回的十字像都与望远镜视场中上方的十字位置重合。
4、分光计上螺钉较多，一般要固定游标盘，刻度盘与望远镜连为一体。定量测量衍射角时，固定刻度盘，使用微调螺钉更方便。
5、测量光栅常数时，要使光栅刻痕与载物台移动方向垂直。使用螺旋测微机构时，注意消除螺距差。
预习思考题
1、分光计主要由哪几部分组成？为什么说望远镜的调整是分光计调整的基础和关键？
2、分光计的望远镜要调整到什么状态？
3、光栅在载物台上要调整到什么状态？
4、调望远镜时如何发现和消除视差？
5、分光计在设计上是如何消除偏心差的？
实验注意事项
1、分光计是精密仪器，调节螺钉比较多，在不清楚这些螺钉的作用和用法以前，请不要乱动，以免损坏分光计。
2、光栅是精密光学元件，严禁用手触摸刻痕，以免损坏。
3、测量衍射角时,(1)最好将望远镜固定,用微调旋更方便一些。(2)从左至右(或从右至左)依次测量+3、+2、+1级和-1、-2、-3级的条纹位置，分别记录左、右游标的读数。
4、使用测量显微镜测光栅常数时，注意消除螺距差的影响。
用透射光栅测定光波波长实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除用透射光栅测定光波波长实验报告 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】 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
光栅测定光波波长实验报告
光栅测定光波波长实验报告 一、实验目的 本实验旨在通过光栅测定光波波长的实验，掌握光栅的原理、构造和使用方法，了解光波的本质和特性，研究不同波长的光在光栅上的衍射现象及其规律，并通过实验数据计算出不同波长的光波的波长值。 二、实验原理 1. 光栅原理 光栅是一种具有许多平行等间距凹槽或凸棱形成的平面透镜。当平行入射线照射到光栅上时，会发生衍射现象。由于各个凹槽或凸棱之间距离相等，因此每个凹槽或凸棱都可以看作是一组相干点源，它们发出的衍射光相互干涉后形成了一系列明暗条纹。这些条纹被称为衍射谱。 2. 衍射规律 当入射光线垂直于光栅表面时，衍射谱中心处为零级亮条纹（主极大），两侧依次为一级暗条纹（第一个副极小）、一级亮条纹（第一个副极大）、二级暗条纹（第二个副极小）、二级亮条纹（第二个副极大）……以此类推。衍射角度θ与波长λ和光栅常数d之间的关系为：sinθ=nλ/d，其中n为整数，称为衍射级数。
三、实验步骤 1. 测量光栅常数d 将白光透过准直器使其成为平行光线，调整准直器和透镜位置，使平行光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得白色衍射谱出现在远处的屏幕上。测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。 移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。 计算出光栅常数d=L2/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。 2. 测定氢气放电管谱线波长 将氢气放电管放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得氢气放电管发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。 测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。 移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。 计算出氢气放电管谱线波长λ=sinθd/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。 3. 测定汞灯谱线波长 同样将汞灯放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得汞灯发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的
用光栅测光波波长
用光栅测光波波长 【实验内容】 观测汞灯黄1、黄2、绿、蓝紫四条谱线的波长，要求测出每一条谱线±1、±2级的衍射角。【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. 掌握用透射光栅测定光波波长的方法。 【仪器用具】 1. 分光计 2.汞灯 3. 光栅 【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。 当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生有衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。设光栅的透明狭缝宽度为a，刻痕宽度为b，相邻两缝间的距离d=a+b，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。 图1 光栅衍射 如图1所示，光栅常数为d的光栅，当单色平行光束与光栅法线平行入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过透镜会聚于焦平面上，就产生一组明暗相间的衍射条纹。设衍射光 线与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为φ，则相邻透光狭缝对应位置两光线的光程差为 （1） 当此光程差等于入射光波长的整数倍时，多光束干涉使光振动加强而在距离O点x处产生一个极大值，即明条纹。多缝缝间干涉的极大称为光栅衍射的主极大，其角位置满足下面的主极大方程： (k=0，±1，±2…)，（2）
式中λ为单色光波长，k是亮条纹级次，为k级谱线的衍射角，此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。 如果平行光束与光栅法线成角度i入射于光栅平面上，则光栅方程可写为 (k=0，±1，±2…). （3） 由公式（2）可以看出，如果入射光为复色光，k=0时，有：，不同波长的零级亮纹重叠在一起，则零级条纹仍为复色光。当k为其它值时，不同波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互分开，即有不同的位置。因此，在透镜焦平面上将出现按短波向长波的次序自中央零级向两侧依次分开排列的彩色谱线。这种由光栅分光产生的光谱称为光栅光谱，如图2所示。 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果，因此多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制，使得主极大光强大小不同。在单缝衍射光强极小处的主极大将不出现，这称为缺级。所缺级次由下面公式决定 (k=1,2,3…) (4) 式中，k′为单缝衍射的级次, 即当干涉级次与衍射级次满足公式（4）时，将不能看到明条纹。 图2是汞灯光波射入光栅时所得的光谱示意图。中央亮线是零级主极大。在它的左右两侧各分布着k=±1的可见光的衍射谱线，称为第一级的光栅光谱。向外侧还有第二级，第三级谱线。由此可见，光栅具有将入射光分成按波长排列的光谱的功能。 图2 光栅衍射光谱示意图 本实验所使用的实验装置是分光计，光源为汞灯（它发出的是波长不连续的可见光，其光谱是线状光谱）。光进入平行光管后垂直入射到光栅上，通过望远镜可观察到光栅光谱。对应于某一级光谱线的衍射角可以精确地在刻度盘上读出。根据光栅公式（2）可求得各谱线对应的光波波长。 【实验步骤】
用光栅测量光的波长
用光栅测量光的波长 衍射光栅是利用多缝衍射原理使光波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，故它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。采用现代高科技技术可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光波。在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类。本实验所用光栅是透射式光栅。 光在传播过程中的衍射、散射等物理现象以及光的反射和折射等都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定。在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义。 分光计是一种用于角度精确测量的典型光学仪器，常用来测量光波波长、折射率、色散率、观测光谱等。由于该装置比较精密，操纵控制部分多而复杂，故使用时一定要严格按要求进行。特别是对于初学者，往往会感到有一些困难。但只要在调整、实验过程中，明确调节要求，注意观察现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，一般是能够较好掌握的。分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。 本实验使用的主要仪器有分光计和测量显微镜，分别测量光栅衍射角和光栅常数，重点训练的方法与技能有：（1）分光计的调节方法，包括望远镜目镜调节和调焦、平行光管的调节等。（2）分光计角游标的原理和读数方法。（3）测量显微镜的调节和使用方法。 这是一个基础性物理光学实验。实验过程中注意体会由粗调到细调、按规律调整精密光学仪器的思想和方法、消除分光计偏心差的方法、消除视差的方法以及消除螺距差的方法。分光计的使用和调节有一定的难度，也是本实验的重点和难点，数据处理难度不大，适合于物理、机械、计算机、自动化等众多理工科专业的学生选做，难度系数为：1.10。 实验具体内容与要求 1、分光计的调节 在进行调整前，应先熟悉分光计中下列螺丝的位置： （1）目镜调焦手轮（看清分划板刻线）； （2）望远镜调焦（看清物体）手轮（或螺钉）； （3）调节望远镜水平螺钉； （4）控制望远镜（连同刻度盘）转动的螺丝； （5）调整载物台水平状态的三个螺丝； （6）控制载物台转动的制动螺钉； （7）调整平行光管狭缝宽度的螺丝； （8）调整平行光管水平的螺丝； （9）平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。 分光计的调节内容和过程大致如下： （1）目测粗调：将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直。 （2）用自准法调整望远镜聚焦于无穷远。 调节目镜调焦手轮，直到能够清楚地看清分划板上的刻线为止。将小平面镜放到载物台上轻缓转动载物台，或轻调载物台和望远镜的水平，从望远镜中观察到反射回的绿色十字像（或模糊的像斑）。调节望远镜目镜套筒的位置，使十字像清晰。注意消除视差。 （3）调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直。
用光栅测量光波波长
用光栅测量光波波长 光栅是在一块透明板上刻有大量平行刻痕的光学元件，在每条刻痕处，光会向各个方向散射，光只能从刻痕间狭缝中通过。因此，可以把光栅看成一组数目很多、排列紧密、均匀而又平行的狭缝，这种根据多缝衍射原理制成的衍射光栅，能产生间距较宽的匀排光谱，从而将复色光分解成光谱，是一种重要的分光元件，可广泛应用于物质光谱分析、计量、光通讯信息处理等方面。光栅产生的谱线亮度虽比棱镜光谱要小，但谱线间距较宽，因此，它的分辨本领比棱镜高。光栅分为投射式和反射式两类，在结构上又分为平面光栅、阶梯光栅和凹面光栅几种。本实验用的是透射式平面全息光栅。 一、实验目的 1.进一步熟悉分光计的调整和使用 2.观察光栅衍射光谱，测量汞灯谱线波长。 二、仪器用具 分光计、光栅、汞灯、平行平面镜。 三、实验原理 当一束平行光照射在光栅上时，光栅中每条狭缝都将产生衍射，透过各个狭缝的光波间还要发生干涉，所以光栅衍射条纹是两者效果的总和。当一束平行光与光栅法线i入射于光栅平面上时产生衍射，如图2-112所示。设衍射光线与光栅表面法线所夹的衍射角为θ，该方向上的平行衍射光线用透镜会聚起来，当相互干涉使光振动加强时，则在F点产生一亮线，其光程差必等于入射波长λ的整数倍。即 θ = + +k = BD CBλ d i k = ,0 ,1 ,2 ± ) )1( ± sin (sin 式中λ为单色光波长，k是亮条纹级数，衍射光线在光栅平面法线左侧时，θ为正值，在法线右侧时，θ为负值（见图2-112），式（1）称为光栅方程。 为了方便通常都是在平行光垂直入射的情况下来进行实验的，此时I=0，光栅方程变为 θ =k = dλ ± k ,2 ± )2( ,0 ,1 sin 式中 d = a+b，称为光栅常数，a为透光部分宽度，b为不透光部分宽度，k为亮线级数。如果入射光是复色光，则由式（2）可知，波长λ不同，衍射角θ也不同（k=0级除外），于是复色光被分解，在透镜焦平面上，就会形成在中央亮线两侧对称分布着的各级彩色亮线，成为光栅光谱。与k=±1相对应的谱线分别为正一级谱线和负一级谱线，类似地还有二级、
测光栅波长的实验报告
测光栅波长的实验报告 测光栅波长的实验报告 引言： 光栅是一种非常重要的光学元件，广泛应用于光谱学、光学仪器和光学通信等领域。测光栅波长是一项基础实验，通过实验可以了解光栅的原理和性能。本实验旨在通过测量光栅的衍射光谱，计算出光栅的波长，并验证实验结果与理论值的一致性。 实验材料和仪器： 本实验所需材料和仪器有：光栅、单色光源、测角仪、光电二极管、数字多用表、平行光管、三脚架等。 实验步骤： 1. 将光栅置于光路中央，与光源和光电二极管分别对准。 2. 调整光源和光电二极管的位置，使得入射光与衍射光垂直。 3. 调整光源的位置和角度，使得入射光尽可能平行。 4. 用测角仪测量出光栅的入射角和衍射角，并记录下来。 5. 使用数字多用表测量光电二极管接收到的衍射光的电压值，并记录下来。 6. 重复上述步骤，分别使用不同波长的单色光源进行测量。 实验原理： 光栅是由许多平行的透明或不透明条纹构成的，当入射光通过光栅时，会发生衍射现象。根据光栅的特点，可以推导出入射光和衍射光的关系，进而计算出光栅的波长。 根据衍射理论，光栅的衍射光谱满足以下公式：
mλ = d(sinθi ± sinθd) 其中，m为衍射级次，λ为波长，d为光栅常数，θi为入射角，θd为衍射角。 通过实验测量得到的光栅常数d和衍射角θd，可以利用上述公式计算出波长λ。实验结果与分析： 在实验中，我们使用了不同波长的单色光源进行测量，得到了相应的衍射角和 电压值。 根据实验数据，我们可以计算出光栅的波长，并与理论值进行比较。在比较过 程中，我们需要考虑到实验误差的存在，以及仪器的精度等因素。 通过对多组实验数据的处理和分析，我们得到了光栅的平均波长，并计算出了 相应的误差范围。实验结果与理论值相比较，误差在可接受范围内，说明实验 结果是比较准确的。 实验结论： 通过本实验，我们成功地测量了光栅的波长，并验证了实验结果与理论值的一 致性。实验结果表明，光栅是一种非常重要的光学元件，可以用于测量和分析 光谱，具有广泛的应用前景。 总结： 测光栅波长是一项基础实验，通过实验可以了解光栅的原理和性能。本实验通 过测量光栅的衍射光谱，计算出光栅的波长，并验证实验结果与理论值的一致性。实验结果表明，光栅是一种非常重要的光学元件，具有广泛的应用前景。 通过本实验的学习，我们对光栅的原理和应用有了更深入的了解，也提高了实 验技能和数据处理能力。
实验： 用透射光栅测定 光波波长
实验：用透射光栅测定光波波长 实验目的： 本实验通过使用透射光栅测定光波波长，让学生掌握使用透射光栅进行光学实验的方法和技巧，加深对光学原理和光谱分析的理解。 实验原理： 透射光栅是一种特殊的光学元件，它对透过它的光线进行分散和色散，将光谱色散成不同波长的光。透射光栅是由一系列周期性的条纹组成的，每个条纹都由一定厚度的透明介质（通常是玻璃或塑料）构成，条纹之间的距离通常为成百上千个纳米，这就决定了光线经过光栅时发生的衍射规律。 在衍射的过程中，经过光栅的光束被分散成一系列波长不同的光的光束。这些光束的分散角度取决于光栅的周期和波长，以及入射光束的入射角度。在实验中，透射光栅通常用于测量光波长，因为光的颜色可以通过波长来确定。 实验步骤： 1.准备透射光栅、白炽灯、物镜镜头和显微镜，将透射光栅固定在物镜镜头下方的导轨上。 2.打开白炽灯，将光线照射在光栅表面上，并调节入射角度，使得入射光通过光栅之后，分散成一系列光束。 3.观察衍射光的分散情况，调整显微镜的焦距，将光谱线聚焦到视野的中心，并用尺子测量出光谱线的距离。 4.使用标准光谱线对比，找出对应的光谱线，确定它们的波长，并计算出平均波长。 实验注意事项： 1.实验中要小心光线的安全，不要盯着强光看，以免眼睛受损。 2.调节入射光的角度时，要注意避免光栅倾斜或移动，否则会影响实验结果。 3.实验数据的准确性也取决于透射光栅的质量和精度，因此要选用质量较好的光栅。 实验结果：
在实验中，我们可以通过观察和测量光谱线的距离，来确定对应的光谱线波长。在使用标准光谱线对比后，可以得到不同光谱线的波长，从而计算出平均波长。实验结果的准确性取决于实验数据的精度和分析方法，因此要认真记录实验数据并进行统计分析。 结论：
光栅测量波长实验报告
光栅测量波长实验报告 光栅测量波长实验报告 引言： 光栅测量波长实验是光学实验中非常重要的一项实验。通过测量光栅的衍射图案，可以得到入射光的波长。本实验通过搭建光栅实验装置，利用衍射原理，测量不同波长的光线，并分析实验结果，探讨光栅测量波长的原理和方法。实验装置： 本次实验所用的装置包括光源、准直器、光栅、望远镜、刻度尺、光屏等。光源可以选择白光源或单色光源，根据实验需要选择不同的光源。准直器的作用是将光线准直，使其成为平行光。光栅是实验中最核心的部分，它是一个具有许多平行的刻痕的透明平板。望远镜用于观察光栅的衍射图案，刻度尺用于测量望远镜移动的距离，光屏用于接收衍射光。 实验步骤： 1. 将光源放置在适当的位置，并使用准直器将光线准直。 2. 将光栅放置在准直后的光线上，调整光栅与光线的角度，使光线通过光栅。 3. 将望远镜放置在光栅的一侧，调整望远镜的位置，使其能够观察到光栅的衍射图案。 4. 移动望远镜，观察并记录不同衍射级的位置。 5. 使用刻度尺测量望远镜移动的距离，并记录下来。 6. 根据实验数据，计算出不同衍射级的角度，并利用衍射公式计算出入射光的波长。 实验结果：
通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出光栅的衍射图案。根据衍射图案， 我们可以观察到明暗相间的衍射条纹，这些条纹的位置与波长有关。通过测量 不同衍射级的位置，我们可以得到入射光的波长。实验结果表明，不同波长的 光线在光栅上产生不同的衍射效果，从而可以通过衍射图案来测量光线的波长。讨论与分析： 在实验中，我们可以观察到随着波长的增加，衍射条纹的位置发生了变化。这 是因为根据衍射公式，波长越长，衍射角度越大。因此，通过测量衍射条纹的 位置，我们可以计算出入射光的波长。实验结果与理论计算值相比较，可以得 出实验的准确性和可靠性。 实验中还需要注意的是光栅的刻痕间距。光栅的刻痕间距决定了衍射图案的密度，刻痕间距越小，衍射图案越密集。因此，在实验中选择合适的光栅对于测 量结果的准确性很重要。 结论： 通过光栅测量波长实验，我们可以利用衍射原理测量不同波长的光线。实验结 果表明，不同波长的光线在光栅上产生不同的衍射效果，通过测量衍射条纹的 位置，可以计算出入射光的波长。实验结果与理论计算值相比较，验证了实验 的准确性和可靠性。光栅测量波长实验是光学实验中一项重要的实验，对于深 入理解光的性质和光学原理具有重要意义。
光栅测定光波波长
1.1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 θ λ= （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 θλ ∆=∆ 1.2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。 1.3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 1.4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。
使用光栅测量光的波长的技巧与原理
使用光栅测量光的波长的技巧与原理 光是一种电磁波，具有波长和频率的特性。在科学研究和工程应用中，准确测 量光的波长是非常重要的。光栅是一种常用的光学元件，可以通过光的干涉和衍射现象来测量光的波长。本文将介绍使用光栅测量光的波长的技巧与原理。 光栅是一种具有规则周期性结构的透明或不透明介质，通常由许多平行的凸起 或凹陷构成。当入射光通过光栅时，会发生干涉和衍射现象。光栅的周期性结构使得入射光发生干涉，形成一系列明暗相间的光条纹。这些光条纹的间距与光栅的周期以及入射光的波长有关，因此可以通过测量光条纹的间距来确定光的波长。 在实际测量中，通常使用一个光源和一个光栅来进行测量。光源可以是一束单 色光或者是一束白光。当使用单色光时，测量的结果更加准确，因为单色光只有一个特定的波长。而当使用白光时，由于白光包含了多个波长的光，测量结果会有一定的误差。 测量光的波长的方法有很多种，其中一种常用的方法是通过测量光栅的衍射角 度来计算光的波长。当入射光通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列衍射角度。这些衍射角度可以通过测量光条纹的位置来确定。根据衍射理论，可以得到光的波长与衍射角度之间的关系。通过测量光栅的衍射角度，可以计算出光的波长。 另一种常用的方法是通过测量光栅的衍射级数来计算光的波长。光栅的衍射级 数是指光栅上的某一条纹所对应的衍射级别。光栅的衍射级数与光的波长和光栅的周期有关。通过测量光栅的衍射级数，可以计算出光的波长。 除了以上两种方法，还有一种常用的方法是通过测量光栅的光谱条纹来计算光 的波长。光栅的光谱条纹是指光栅上的一系列明暗相间的光条纹。这些光条纹的间距与光的波长和光栅的周期有关。通过测量光栅的光谱条纹，可以计算出光的波长。
使用光栅干涉实验测量光波长的步骤与技巧
使用光栅干涉实验测量光波长的步骤与技巧 光栅干涉实验是一种常用的物理实验方法，可以用来测量光的波长。它基于光 的干涉现象，通过测量干涉条纹的间距来计算光的波长。下面将介绍使用光栅干涉实验测量光波长的步骤与技巧。 1. 实验器材准备 首先，需要准备一块光栅。光栅是一种具有一定周期性结构的透明或不透明平面，它的表面被等间距的平行线或凹槽所划分。光栅的线数表示单位长度上的划线或凹槽的数量，常用单位是每毫米的线数。在实验中，选择适当的光栅线数非常重要，一般选择500线/mm以上的光栅。 2. 实验装置搭建 将光栅放置在光源和屏幕之间，使得光线通过光栅后在屏幕上形成干涉条纹。 光源可以是一束单色激光器或者一束经过滤色片滤过的白光。屏幕可以是一块白纸或者特制的干涉屏。 3. 调整光路 通过调整光源、光栅和屏幕的位置，使得光线垂直射向光栅，并且干涉条纹清 晰可见。可以使用调节光源位置、调节光栅倾斜角度、调节屏幕距离等方法来优化光路。 4. 测量干涉条纹间距 使用显微镜或目镜观察干涉条纹，通过目测或使用标尺测量相邻两条纹的间距。为了提高测量的精度，可以选择多个相邻的条纹进行测量，并求其平均值。 5. 计算光波长 根据光栅的线数和干涉条纹的间距，可以使用下述公式计算光的波长：
λ = d * sin(θ) 其中，λ表示光的波长，d表示光栅的线距，θ表示干涉条纹的角度。根据实验中测得的干涉条纹间距和已知的光栅线数，可以计算出光的波长。 6. 注意事项与技巧 在进行光栅干涉实验时，需要注意以下几点： - 尽量使用单色光源，以减小干涉条纹的模糊度。 - 保持实验环境的稳定，避免外界震动和温度变化对实验结果的影响。 - 调整光路时要小心操作，避免光路的不稳定导致实验结果的误差。 - 在测量干涉条纹间距时，要保证目测或标尺测量的准确性，可以多次测量并取平均值。 总结： 使用光栅干涉实验测量光波长是一种常用的物理实验方法。通过调整光路，观察干涉条纹，并测量条纹间距，可以计算出光的波长。在实验中，需要注意实验器材的选择和调整、干涉条纹的测量准确性以及实验环境的稳定性等因素。通过正确的操作和合理的实验设计，可以获得准确的光波长测量结果。
实验7 用透射光栅测量光波波长
实验7 用透射光栅测量光波波长实验目的 1．加深对光栅分光原理的理解。 2．使用透射光栅测定光栅常数，光栅角色散和光波波长。 3．熟悉分光计的调节和使用，并了解在测量中影响测量精度的因素。 仪器和用具 分光计，平面透射光栅，汞灯。 实验原理 光栅是重要的分光元件，和棱镜一样，被广泛应用于单色仪，摄谱仪等光学仪器中。光栅实际上是一组数量极大的平行排列的，等宽、等距狭缝。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。本实验采用透射光栅进行测量。 如图7-1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，光 栅上相邻狭缝的间距d称为 光栅常数。自光源经透镜垂 直入射于光栅平面的平行光 经单个狭缝产生衍射，与光 栅法线成θ角的衍射光经透 镜L2会聚于象方焦平面的θP图7-1 点，其产生亮条纹的条件由 光栅方程决定，式中θ为衍 θk λ sin (7-1) d= 射角，λ为光波波长，k是光谱级数(k = 0，±1，±2…)。当k = 0时，在θ= 0处，各种波长的亮线重叠在一起，形成白色的明亮零级条纹。对于k的其它数值，不同波长的亮纹出现在不同方向上，形成光谱，此时各波长的亮线称为光谱线。而与k的正、负两组值所对应的两组光谱则对称地分布在零级象的两侧。因此，可以根据式(7-1)在测定衍射角θ的条件下，确定通常在k=±1时的d和λ间关系，也就是说只要知道光栅常数d，就可以求出未知光波长λ，反过来也是一样。这样就为我们进行光谱分析提供了方便而快捷的方法。式(7-1)的推导十分简单，因为
θsin d 是相邻两狭缝光的位相差，位相差为波长的整数倍时，显然有相干光干涉会增强，各狭缝的光束增强形成相应波长光波的亮线。此外，光栅的多缝衍射干涉的结果还有以下特征： (1) 亮线位置和狭缝个数无关，其宽度随狭缝个数增加而减小，强度增大。 (2) 相邻的亮线间有强度非常小的亮纹，亮纹强度也随狭缝个数增大而迅速减小。 (3) 亮线强度分布保留了单缝衍射的因子，单缝衍射强度构成亮线包络。 有关光栅衍射的详细理论分析，读者可以参考光学的有关章节。 由光栅方程式(7-1)对λ微分，可以得到光栅的角色散 θ λθcos d k d d D == (7-2) 角色散是分光元件的重要参数，它表示分光元件将单位波长间隔的两单色谱线分开的角间距。由式(7-2)可见，光栅常数d 越小，角色散越大，光栅能够将不同波长的光分开角度越大。此外，角色散随光谱的级数增大而增大，如果衍射角不大，θcos 近乎不变，光谱的角色散几乎与波长无关，即光谱随波长分布比较均匀，这和棱镜的不均匀色散有很大不同。与此相关的另一参数是分光仪器的线色散，它表明仪器将单位波长间隔的两单色谱线分开的线间距，在图7-1的仪器设置条件下，显然有线色散 221cos f d k f D D θ = ⋅= (7-3) 其中2f 为透镜L 2的焦距。 分辩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λλd +的两种光波经光栅衍射形成两条刚刚能被分开的谱线，则光栅的分辨本领 λ λd R = (7-4) 根据瑞利判据，当一条谱线强度的最大值和另一条谱线强度的第一极小值重合时，则可认为该谱线刚能被分辨。由此可以推出 R = kN (7-5) 式中k 为光栅衍射级数，N 为光栅刻线的总数。以上推导基于光的干涉和衍射理论。对于每毫米刻有1000条刻痕的光栅，若其宽度为5厘米，则由公式(7-5)可知，它产生的第一级光栅光谱中，光栅的分辨本领为50000，此值表示在波长为5000埃的第一级光栅光谱中，光栅所能分辨的最近的两谱线的波长差1.0/==∆R λλ埃。
光栅测波长的原理的应用
光栅测波长的原理的应用 1. 引言 光栅测波长是一种常见的光学测量方法，它利用光栅的光栅常数和光栅的光条 之间的干涉现象来测量光的波长。光栅测波长的原理被广泛应用于物理学、化学、材料科学、光学以及其他相关领域。本文将详细介绍光栅测波长的原理以及其在实际应用中的一些典型示例。 2. 光栅测波长的原理 光栅测波长的原理基于光的干涉现象和光栅的特性。当平行光通过光栅时，光 栅上的光条会发生干涉现象。这是因为光栅上的光条会发生干涉现象。根据光的干涉原理，当光通过光栅时，光束会分裂成多个光条，形成棱镜效应。这些分裂的光条会发生干涉，形成明纹和暗纹的干涉图样。 3. 光栅测波长的应用 光栅测波长的原理在实际应用中得到了广泛的应用。以下是一些光栅测波长应 用的典型示例： •光谱仪：光栅测波长的原理被广泛应用于光谱仪中。光谱仪利用光栅的光栅常数和光栅的光条之间的干涉现象来分析光的频谱成分。通过测量不同波长光的干涉图样，光谱仪可以确定光的波长，从而实现光谱分析。 •折射率测量：光栅测波长的原理可以应用于测量物质的折射率。通过测量不同介质中光的干涉图样，可以计算出介质的折射率。这在材料科学和光学研究中非常有用，可以帮助测量物质的光学性质。 •波长标定：光栅测波长的原理可以用于标定光源的波长。通过将未知波长的光源与已知波长的光源进行干涉比较，可以准确测量出未知光源的波长。 这对于光学仪器的校准和准确性很重要。 •光通信：光栅测波长的原理也被应用于光通信领域。光通信系统中，需要精确测量光信号的波长，以确保信号的传输和接收的准确性。通过使用光栅测波长的原理，可以实现对光信号波长的精确测量。 •激光技术：光栅测波长的原理在激光技术中也得到了广泛应用。光栅可以用来调节激光光束的波长，并实现光束的调谐。这在激光器的设计和应用中非常重要，可以实现对激光光束波长的精确控制。
用透射光栅测量光波波长
补5 用透射光栅测量光波波长 光栅是重要的分光元件，和棱镜一样，被广泛应用于单色仪，摄谱仪等光学仪中。光栅实际上是一组数量极大的平行排列的，等宽、等距狭缝。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。本实验主要采用透射光栅来进行测量。 【实验目的】 1.加深对光栅分光原理的理解。 2.使用透射光栅测定光栅常量，光波波长和光栅角色散。 3.进一步练习分光计的调节和使用，并了解在测量中影响测量精度的因素。 【实验仪器】 分光计，平面透射光栅，汞灯，钠灯，等。 【实验原理】 如图B5-1所示，设S 为位于透镜L 1物方焦面上的细长狭缝光源，G 为光栅， 光栅上相邻狭缝的间距为d 。自光源S 射出的光，经透镜L 1后，成为平行光且垂直照射于光栅平面G 上，平行光通过光栅狭缝时产生衍射，凡与光栅法线成θ角的衍射光经透镜L 2后，会聚于象方焦平面的θP 点，其产生衍射亮条纹的条件为 λθk d =sin (B5-1) (B5－1)式称为光栅方程，式中θ为衍射角，λ为光波波长，k 是光谱级数(k = 0，± 1，±2…)，d 称为光栅常量。衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射象，是一条条锐细的亮线。当k =0时，在θ=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成白色的零级亮线。对于k 的其它数值，不同波长的亮线出现在不同方向上，形成光谱，此时各波长的亮线称为光谱线。而与k 的正、负两组值所对应的两组光谱，则对称地分布在零级亮线的两侧。因此，可以根据式(B5-1)在测定衍射角θ的条件下，确定d 和λ间关系（通常考虑k =±1时的情形），也就是说只要知道光栅常量d ，就可以求出未知光波长λ；反之，当某特征光的波长λ为已知时，就可以求出光栅常量d 。这样就为我们进行光谱分析提供了方便而快捷的方法。式(B5-1)的推导十分简单，因为θsin d 就是相邻两狭缝光的光程差，光程差为波长的整数倍时，显然有相干光干涉会增强，各狭缝的光束增强形成相应波长光波的亮线。此外，光栅的多缝衍射干涉的结果还有以下特征： (1) 亮线位置和狭缝个数无关，其宽度随狭缝个数增加而减小、但强度增大。 S L 1 L 2 G θ d θP 图 B5－1