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
主极大的级数限制：
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：
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与这两种波长的平均值之比：
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4.14【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记录到表5.8-1到5.8-4中。同样的，向右转动，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4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响等，对实验结果进行评价。
答：1、光栅主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配，光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。光栅的色散是指光栅能够将相同入射条件下的不同波长的光衍射到不同的方向，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件；光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领；光栅的相位匹配性质是指光栅具有的将两个传播常数
不同的波祸合起来的本领。最明显的例子是光栅波导祸合器，它能将一束在自由空间传播的光束祸合到光波导中。衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。2、高压汞灯的相对光谱能量分布如图所示：可见光区4根汞线的强度(404nm、436nm、546nm 和577—579nm)明显更强，总辐射能量中约有37％是可见光，其中一半以上集中在这4根汞的特征谱线上。
3、当入射光线与光栅不垂直而偏离的角度α小于3°时。这部分误差较小而可以忽略，但随着偏离角度的增大，测量误差会显著增加，衍射条纹会相应地移动一个角度，要用d*（sin 入射角+sinφ）=kλ进行计算。
4、实验数据基本合理，实验结果基本正确。
3、
【思考题】
如何利用分光仪测量光栅的光栅常数？给出实验方法和主要实验步骤。
答：让已知波长为λ的入射光垂直照射到光栅上,用分光仪测量并计算出θ，之后根据光栅方程,dsinθ=kλ求出d。主要实验步骤：紧接着本节实验进行操作，将汞灯换成波长为λ的入射光垂直照射到光栅上，根据本节实验中的测量步骤中的操作得到和，重复测量2~3次，利用衍射角计算公式计算出θ，最后带入光栅方程求解出d。
【结论】
通过本节实验，学习了调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。学习了利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。了解了角色散与分辨本领的意义及测量方法。
光栅特性与光波波长测量(求衍射角公式)
实验15 用光栅测量光波波长 衍射光栅是利用单缝衍射和多缝干涉原理使光发生色散的元件。它是在一块透明板上刻有大量等宽度等间距的平行刻痕，每条刻痕不透光，光只能从刻痕间的狭缝通过。因此，可把衍射光栅(简称为光栅)看成由大量相互平行等宽等间距的狭缝所组成。由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地应用于各种光谱仪器中。光栅一般分为两类：一类是利用透射光衍射的光栅称为透射光栅；另一类是利用两刻痕间的反射光进行衍射的光栅称为反射光栅。本实验选用的是透射光栅。 一. 实验目的 1. 进一步熟悉分光计的调整和使用。 2. 观察光栅衍射的现象，测量汞灯谱线的波长。 二. 实验仪器 分光计、光栅、汞灯、平面镜等。 三. 实验原理 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 栅的刻痕宽度为a ，透明狭缝宽度为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。 如图3-15-1所示，光栅常数为d 的光栅，当单色平行光束与光栅法线成角度i 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AD 与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为φ，从B 点作BC 垂直入射线CA ，作BD 垂直于衍射线AD ，则相邻透光狭缝对应位置两光线的光程差为： （3-15-1） 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F 处产生一个明条纹。因而，光栅衍射明条纹的条件为： K=0，±1，±2， （3-15-2） 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，ｉ为光线的入射角。此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。 )sin (sin i d AD AC +=+?λ?K i d K =+)sin (sin K ?图3-15-1 光栅衍射原理示意图
光栅衍射实验—光波波长的测量
光栅衍射实验—光波波长的测量 光栅衍射实验是一种利用光栅条纹进行衍射的实验方法，通过测量衍射条纹的位置及 其对比度等参数，可以求出光波的波长，并且还可以用来研究光栅的特性。 一、实验原理 1.光栅的概念 光栅是一种特殊的光学元件，它是由若干个平行排列的细缝或反射率不同的条纹组成的，当光线垂直入射到光栅上时，经过衍射后，会形成一系列等间距、亮暗交替的光条纹。这些光条纹的位置和强度是与光波的波长和光栅的特性相关的。 2.光栅衍射的原理 当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的每个细缝处都会产生不同程度的衍射， 形成多个次级光源，这些次级光源再次经过衍射后形成的干涉条纹就是我们所要研究的光谱。在光栅衍射中，由于光栅条纹之间的间隔很小，因此形成的光谱具有非常高的分辨率。 3.衍射条纹的位置 根据衍射理论，在一般情况下，衍射条纹的位置由以下公式给出： d*sinθ = mλ 其中，d是光栅的格距，θ是衍射角度，m是整数，表示衍射的级次，λ是光波的波长。 4.扩展光源的作用 为了使衍射条纹更加明显、清晰，实验中一般采用扩展光源的方法，不仅可以提高对 比度，减小空间干涉等因素对结果的影响，还可以使得整个光栅区域都能够有光照射，避 免产生阴影和动态散斑等现象。 二、实验步骤 1.实验器材：光栅、氢灯、狭缝、屏幕等。 2.调整光源：将氢灯放置在与狭缝相距15~20cm的位置，用狭缝筛选出单色光源。 3.调整光路：将单色光经过准直透镜后垂直入射到光栅上，同时加入扩展光源，使得 整个光栅区域都得到光照射。 4.观察条纹：将屏幕置于衍射的适当位置，观察衍射条纹，测量其位置及对比度等参数，调整前面的步骤，使得衍射条纹达到最佳状态。
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
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
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】
1用光栅测定光波波长
用光栅测定光波波长 由于光栅是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。本实验利用透射光栅测定光波波长，并复习分光计的调节和使用方法。 实验目的 1.观察光线通过光栅后产生的衍射现象。 2.测定衍射光栅的光栅常数、光波波长、光栅角色散。 实验原理及方法 如图1所示，当单色平行光垂直照射在光栅平面上时，透过各狭缝的光因衍射而向各个方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一条条间距不等的明条纹（称为光谱线）。根据光栅衍射理论，各级谱线的位置可由下式决定： λ?k d k =sin （k =0，±1，±2，±3，……） （1） 式中d =a +b 为光栅常数，λ为入射光波长，k 是谱线级数，k ?是k 级谱线的衍射角。该式称为光栅方程。a 、b 为缝宽和间距。在?=0处，可观察到中央主极大条纹，称为零级谱线。 图1 若入射光是复色光，则由式（1）可以看出：在光栅常数一定时，同级谱线由于波长不同将有不同的衍射角，谱线的位置也就不同。因而除k ?=0方向上，对应于k =0的各色零级谱线相互重叠在一起，在零级谱线两侧对称分布的各级谱线都按波长大小依次排列，形成彩色的光栅光谱，如图2所示。 由光栅方程，对λ微分，可得光栅的角色散
? λ?cos d d d k D == （2） 角色散是光栅又一重要参数，表示单位波长间隔两单色光谱线之间角间距。由式（2）可知，d 越小，D 越大；k 越高，D 越大。 图2 仪器构造及使用 分光计、光栅、平面镜、汞灯等。 光栅是一组数目极多的等宽、等间距且平行排列的狭缝，能产生谱线间距较宽的匀排光谱。产生的光谱亮度比用棱镜分光时小，但分辨本领比棱镜大。光栅不仅适用可见光，还可用于红外光和紫外光。常用光栅有透射光栅和反射光栅两种。 透射光栅是在光学玻璃上刻划出大量相互平行、等宽等间隔刻痕制成，当光线照到光栅上时，刻痕处由于散射不透光，而未经刻划的部分就成了透光的狭缝。一般光栅在1cm 内刻痕达数千条。 实验内容 1.分光计的调节 将光栅置于载物平台上，使光栅平面与载物平台任两个调节螺丝连线的中垂线重合（如图3所示），利用光栅衬底玻璃的反射作用调节分光计（参看 “分光计的调节和使用”）。注意使从望远镜中看到的叉丝交点始终处于各谱线的同一高度。适当调节狭缝的宽度，以使谱线有足够亮度。 2.测定光栅常数 测量相应于k =±1级的三条谱线的衍射角（黄双线1λ=579.07nm ，2λ=576.96nm ，绿线3λ=546.07nm ）。代入式（1）求d 。
光栅测定光波波长实验报告
光栅测定光波波长实验报告 1. 背景 光栅测定光波波长实验是光学基础实验中一项重要的实验内容，通过实验可以测定出光波的波长大小。光栅是一种光学元件，其具有周期性的透明或不透明槽槽结构，可用于分析光的光谱特性。本实验基于这一原理，通过测量光栅所产生的衍射光条纹的间距，从而得出光波的波长。 2. 实验目的 本实验的目的是使用光栅测量单色光的波长，并通过实验结果验证光栅公式的有效性。 3. 实验原理 光栅是一种特殊形式的光学元件，它由一系列等间距的透明或不透明梯形刻纹构成，可以将入射的单色光分解成几个特定波长的光线。当光束通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列亮暗相间的光条纹，即衍射光谱。光栅的衍射光谱可以由以下公式描述： n⋅λ=d⋅sin(θ) 其中，n为衍射级次，λ为波长，d为光栅常数，θ为衍射角。 本实验中，我们通过改变入射光的波长和测量衍射光条纹的间距d，可以根据公式 求解出波长λ。 4. 实验步骤 4.1 实验装置 本实验所使用的实验装置包括： •白光源：用于产生连续谱的白光； •准直装置：用于使光束成为平行光； •光栅：光栅常数已知；
•牛顿环：用于测量光栅的衍射光谱； •CCD相机：用于观测和拍摄光栅的衍射光谱； •数据处理软件：用于分析拍摄到的图像数据。 4.2 实验步骤 1.将白光源接通电源，并通过准直装置使光线成为平行光； 2.将光栅放置在光路中，使其与入射光成一定夹角； 3.调整入射光线角度，使光栅的衍射图样清晰可见； 4.使用CCD相机拍摄光栅的衍射图像； 5.使用数据处理软件对图像进行处理，测量衍射级次和条纹间距； 6.重复几次实验，以提高数据的准确性； 7.统计实验数据，利用光栅公式计算波长。 5. 实验结果与分析 通过实验测量得到的数据，我们可以根据光栅的公式计算出波长的值，并与理论值进行比较。实验结果表明，测量得到的波长值与理论值相符，误差较小。这证实了光栅公式的有效性，并验证了实验的准确性。 6. 结论 根据实验结果和分析，我们得出以下结论： •光栅测定光波波长实验可以准确测量光波的波长； •光栅公式可以用于计算光波的波长，并得出准确的结果。 7. 实验建议 为了进一步提高实验的准确性和可重复性，我们提出以下建议： •进一步优化实验装置，提高光栅的稳定性和准直度； •增加实验的测量次数，以提高数据的准确性和可靠性； •使用更精确的仪器和设备进行实验。 以上就是光栅测定光波波长实验的详细报告，通过这个实验，我们对光栅的原理和应用有了更深入的了解。同时，我们也掌握了一种测量光波波长的方法，并通过实验验证了光栅公式的有效性。这对于光学领域的研究和工程应用具有重要意义。
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、
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： 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：
光栅测光波波长实验报告物理实验报告用分光计和透射光栅测光波波长
光栅测光波波长实验报告物理实验报告用分光计和透射 光栅测光波波长 实验目的： 用分光计和透射光栅测光波的波长，并验证光栅公式。 实验原理： 透射光栅是由许多平行直线并紧密排列的光栅线组成的，当一束近似平行的光线垂直入射时，通过光栅后会发生衍射现象。根据衍射原理，光栅上两个相邻的光栅线之间的距离称为光栅常数，记作d。 当入射光照射到光栅上时，光线会被衍射成许多不同角度的光线，这些衍射光线称为主光束或级次光线。 通过分光计可测得不同级次的衍射角度，并通过透射光栅实验公式进行计算，求得光波的波长。 实验器材： 分光计、透射光栅 实验步骤： 1.调整分光计：将分光计放在实验台上，调整分光计的光束使其沿一条直线入射到透射光栅上。 2.将透射光栅固定在分光计位置，并保持垂直入射角。 3.调整分光计的角度，使得观察到的第一级次光线（最亮的一条）和参考线重合。
4.通过分光计测量不同级次光线（至少测量前五级次）的角度，并记 录下来。 5.根据测得的角度，使用透射光栅公式计算不同级次光线对应的波长，求出平均波长。 6.对比计算结果，验证透射光栅公式的准确性。 实验注意事项： 1.分光计调整需仔细，保持光线垂直入射。 2.观察光线和参考线的重合要准确。 3.测量时要注意准确记录各级次光线的角度。 4.使用透射光栅公式计算波长时，要对实验数据进行处理并求取平均值，增加结果的准确性。 5.实验结束后，要仔细清理实验器材。 实验结果与分析： 根据实验数据和透射光栅公式，我们计算出了不同级次光线对应的波长，并求取了平均值。通过对比计算结果和实验理论值的差异，我们可以 得出实验结果的准确性。 结论： 本次实验通过使用分光计和透射光栅，测量了光波的波长，并验证了 光栅公式的准确性。实验结果与理论预期基本吻合，证明了实验方法的可 行性，并检验了透射光栅的工作原理。同时，通过本实验，我们深入理解 了光的衍射现象和光栅的作用，提高了我们在光学方面的实验操作能力。
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。
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 主极大的级数限制： 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： 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与这两种波长的平均值之比： 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4.14【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记录到表5.8-1到5.8-4中。同样的，向右转动，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4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响等，对实验结果进行评价。 答：1、光栅主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配，光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。光栅的色散是指光栅能够将相同入射条件下的不同波长的光衍射到不同的方向，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件；光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领；光栅的相位匹配性质是指光栅具有的将两个传播常数
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。
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。
用透射光栅测光波波长
用透射光栅测光波波长 在许多光学应用中，测量光波的波长是非常重要的。测量光波波长的一种常用方法是 使用透射光栅。透射光栅是一种具有细微刻痕的光学元件，可以将光波分解成不同的频率 或波长。透射光栅通常由玻璃或塑料制成，具有非常高的精度和可重复性。如果需要准确 测量光波的波长，透射光栅是一个非常好的选择。 透射光栅的原理是根据光的干涉和衍射。当光线通过透射光栅时，它会被分解成不同 波长的光所组成的光谱。透射光栅的表面通常具有许多细微刻痕，可以使光线在通过时发 生干涉和衍射现象。这些现象会导致不同波长的光经过光栅时发生不同的偏移，从而形成 一个光谱。 为了测量光波的波长，需要将光线通过透射光栅。通过传送和衍射现象，光线将分解 成不同波长的光，从而形成一个光谱。光谱上的不同峰值代表不同波长的光。通过对这些 峰值进行测量，可以推导出光波的波长。 为了实现这一目标，可以使用光谱仪。光谱仪是一种非常精密的量测设备，可以将光 谱数据转换为数字信号，从而提供高精度的波长测量。使用光谱仪可以实现非常高的测量 精度，并且可以同时测量多个波长的光，从而提高测试效率。 当测量光波波长时，需要考虑一些因素。首先，必须确保透射光栅的精度和可重复性。其次，必须保证测量环境光线的光谱和波长质量。这通常需要在实验室内进行，以避免外 部光照干扰。最后，还需要根据要测量光的波长选择正确的透射光栅。不同光波需要不同 的光栅，以充分发挥其分光和分光效果。如果使用不正确的透射光栅，测量结果可能会产 生偏差。 总之，透射光栅是一种非常有用的工具，在测量光波的波长时得到广泛应用。通过合 理地选择透射光栅和测量设备，可以实现高精度和可重复的光波波长测量。
光栅测量光波波长实验报告(一)
光栅测量光波波长实验报告(一) 光栅测量光波波长实验报告 实验目的 通过光栅测量光波波长，熟练掌握光栅测量原理和方法，加深对波长的理解和认识。 实验原理 光栅测量光波波长的原理是利用光栅的作用，将光分离成颜色条带，用公式dsinθ=mλ计算光的波长。 实验内容 1.测量氢气谱线的波长。 2.测量汞灯谱线的波长。 实验步骤 1.调节光源，使其对准光栅。 2.调节准直器，使光源的光线垂直入射光栅。 3.调节望远镜，找到零级衍射条纹。 4.记录各级衍射条纹的角度和明暗情况。 5.用公式dsinθ=mλ计算光的波长。 实验结果 1.氢气谱线的波长： •蓝线：434nm •绿线：486nm •红线：656nm 2.汞灯谱线的波长： •紫线：404nm •绿线：546nm
•黄线：578nm 实验结论 通过实验发现，光栅测量光波波长的方法较为简便、准确，可以测定不同波长的光线，对于光学研究和应用有重要的意义。 实验分析 实验中发现，测量光波波长的主要依据是光栅原理和计算公式。光栅的作用是将光线分离成颜色带，而计算公式是根据衍射原理和光栅性质得出的，可以精确计算出光的波长。 此外，实验中要注意光源和准直器的调整，特别是将光源光线垂直入射光栅时要仔细调节，否则会影响测量的准确性。另外，在记录各级衍射条纹时，应该在暗房中进行，以免环境光的影响。 实验改进 为了减小实验误差，可以采取以下改进措施： 1.使用更高精度的仪器减少误差。 2.加强对光源和准直器的校准，确保光线垂直入射光栅。 3.统计多组数据，计算平均值，并考虑误差范围。 总结 光栅测量光波波长实验是一项基础实验，对于深入理解光学原理和方法有重要作用。合理的实验步骤和改进措施能够保证实验数据的准确性，加深对光栅测量原理和方法的理解。