实验21 衍射光栅的特性与光波波长的测量
光栅特性及光波波长测定
衍射光栅的基本特性可用它的 “分辨本领”和 “色散率” 来表示。 光栅分辨本领 R为
R kN
色散角率
D
k D dcos
返回
【仪器用具】
分光镜、透射光栅、汞灯
汞灯
透射光栅
电源
分光镜
返回
k 0 , 1 , 2 ,......) dsin k ( k
a b 时， 产生衍射亮条纹。 d 是相邻两狭缝间的距离， 称为光栅常数； k 为衍射亮条纹的级次； k 为第 k级亮条纹 对应的光栅角
若已知入射光的波长 ， 用分光镜测出衍射角 k ，可求出光 栅常数 d 。 反之， 若已知光栅常数 d ， 用分光镜测出 k级 光谱中某一明条纹的衍射角 k ， 按光栅方程可算出该条纹所 对应的单色光的波长 下一页
衍射光栅的特性及光波波长的测定
一、实验目的
二、实验原理 三、实验仪器
衍射光察光线通过光栅的衍射 现象
2. 用透射光栅测定光波波长、光栅常数和光栅角 色散率
返回
【简要原理】
衍射光栅是由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕） 组成一种分光元件。根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂 直地照射到光栅平面上时， 光栅各缝都发生衍射， 这些衍射 光相遇又彼此发生干涉， 当衍射角 k 满足光栅方程：
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。
5.绘制波长和强度图：用测得的衍射条纹位置和对比度计算光波的波长，组织数据，绘制波长和强度图。
三、实验注意事项1.实验过程中要注意安全，避免光源伤害眼睛。
2.光栅表面要保持干净，防止灰尘和污垢的影响。
3.光路的调整要耐心，确保光线的准确垂直入射到光栅上。
衍射光栅测波长实验报告
衍射光栅测波长实验报告实验目的，通过衍射光栅实验测量氢氦氖激光的波长，掌握衍射光栅的原理和使用方法。
实验仪器，氢氦氖激光、衍射光栅、光电倍增管、微计算机、示波器等。
实验原理，衍射光栅是利用光的衍射现象进行波长测量的仪器。
当入射光波照射到光栅上时，会发生衍射现象，形成一系列明暗条纹。
通过测量这些条纹的位置和间距，可以计算出入射光波的波长。
实验步骤：1. 将氢氦氖激光照射到衍射光栅上，调整光栅和光电倍增管的位置，使得衍射条纹清晰可见。
2. 使用微计算机记录衍射条纹的位置和间距，同时将数据传输到示波器上进行实时显示。
3. 根据衍射条纹的位置和间距，利用衍射光栅的公式计算出氢氦氖激光的波长。
实验结果，经过多次实验和数据处理，我们得到了氢氦氖激光的波长为632.8纳米，误差在0.1%以内。
实验结论，通过衍射光栅测波长实验，我们成功测量了氢氦氖激光的波长，并掌握了衍射光栅的使用方法。
实验结果与理论值相符，验证了衍射光栅测波长的可靠性和准确性。
实验思考，在实验过程中，我们发现调整光栅和光电倍增管的位置对实验结果影响很大，需要仔细调节。
同时，光栅的质量和刻线精细度也会影响实验结果的准确性，需要选择合适的光栅进行实验。
总结，衍射光栅测波长实验是一项重要的光学实验，通过实验我们不仅掌握了衍射光栅的原理和使用方法，还验证了实验结果的准确性。
这对于我们进一步深入理解光学原理和应用具有重要意义。
通过本次实验，我们加深了对衍射光栅的理解，提高了实验操作的技能，并且对光学实验的意义有了更深刻的认识。
希望在今后的学习和实验中能够继续努力，不断提高实验技能，更好地应用光学原理解决实际问题。
光栅特性及测定光波波长-实验报告
II. 调节光栅使其刻痕与仪器转轴平行：松开望远镜的紧固螺丝，转动望远 镜，找到光栅的一级和二级衍射谱线，±1，±2，…级谱线分别位于 0 级谱线两 侧。调节各条谱线中点与分划板缘心重合，即使两边光谱等高。调好后，再返 回检查光栅平面是否与平行光管光轴垂直。，若有改变，则要反复调节，知道两 个条件均能满足。 2. 测定光栅常数（绿光的±1 级谱线）
+1 级
-1 级
Δϕ
246°12’ 276°32’ 15°10’
ϕ
15°11’
15°10’ 210°59’ 241°23’ 15°12’ 15°11’
15°15’ 218°34’ 248°53’ 15°10’ 15°13’
15°12’
15°11’ 15°12’
（2）黄 1：
第一次 第二次 第三次 平均
Δϕ
19°9’
+1 级
-1 级
Δϕ
186°11’ 224°28’ 19°9’
第二次 22°15’
60°30’
19°8’ 202°15“ 240°30’ 19°8’
第三次 35°46’
74°2’
19°8’ 215°50’ 254°5’ 19°8’
平均
19°8’
19°8’
δΔϕ
左
=
�0.00022
+
e2 3
左游标读数
+1 级
-1 级
25°58’
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屏幕上。
用衍射光栅测量光波波长实验报告
用衍射光栅测量光波波长实验报告下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!实验报告：用衍射光栅测量光波波长1. 引言光波波长的测量在光学实验中具有重要意义。
衍射光栅特性实验报告
一、实验目的1. 理解衍射光栅的工作原理及其在光谱分析中的应用。
2. 掌握使用衍射光栅测定光波波长和光栅常数的实验方法。
3. 深入理解光栅衍射公式及其适用条件。
4. 分析衍射光栅的色散率、光谱特性等关键参数。
二、实验原理衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
光栅由一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝构成，分为透射光栅和平面反射光栅。
当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
光栅衍射公式为：\[ d \sin \theta = m \lambda \]其中，\( d \) 为光栅常数（即相邻两狭缝间距），\( \theta \) 为衍射角，\( m \) 为衍射级数，\( \lambda \) 为光波波长。
三、实验仪器1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 白色光源5. 硅光电池6. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将分光计调整至水平状态，确保光栅垂直于光路。
2. 打开低压汞灯，调节光源与光栅的距离，使光束垂直照射在光栅上。
3. 通过分光计观察衍射光谱，记录不同衍射级数 \( m \) 对应的衍射角\( \theta \)。
4. 利用光栅衍射公式计算光波波长 \( \lambda \) 和光栅常数 \( d \)。
5. 改变光栅常数，观察衍射光谱的变化，分析色散率、光谱特性等参数。
五、实验结果与分析1. 计算光波波长和光栅常数：\[ \lambda = \frac{d \sin \theta}{m} \]\[ d = \frac{\lambda}{m \sin \theta} \]根据实验数据，计算得到光波波长和光栅常数，并与理论值进行比较。
2. 分析色散率：色散率 \( D \) 表示为：\[ D = \frac{d \sin \theta}{\theta} \]随着衍射级数 \( m \) 的增加，色散率 \( D \) 呈线性增加，说明光栅的色散率较高。
光栅衍射与光波波长的测定实验报告
光栅衍射与光波波长的测定实验报告目录一、实验目的 (2)1. 理解光栅的基本原理和作用 (2)2. 学会使用光栅光谱仪进行光栅衍射实验 (3)3. 测定入射光和衍射光的波长 (4)二、实验原理 (5)1. 光栅方程 (6)2. 惠更斯-菲涅耳原理 (7)3. 菲涅耳衍射 (7)4. 夫琅禾费衍射 (8)5. 光波波长测定 (10)三、实验仪器与材料 (11)1. 光栅光谱仪 (11)2. 可调谐激光器 (12)3. 高精度光杠杆 (14)4. 微倾螺旋 (15)5. 滤光片 (16)四、实验步骤 (17)五、实验数据与结果分析 (19)1. 记录实验过程中的所有数据，包括衍射图谱、波长计算值等 (20)2. 对比实验数据与理论预期，分析光栅性能和波长测定结果的准确性213. 编写实验报告，总结实验过程、结果与讨论 (22)六、实验误差分析与改进措施 (22)1. 分析实验误差来源，如仪器误差、操作误差等 (24)2. 提出改进措施，如优化仪器设置、提高操作技能等 (25)3. 对实验结果进行修正，以提高测量精度 (26)七、实验结论 (27)一、实验目的本实验旨在通过光栅衍射与光波波长的测定，深入理解光栅的基本原理及其在光学信息处理、通信和显示技术等领域的应用。
实验过程中，我们将观察并分析光栅产生的衍射图样，测量光波波长，并探究光栅常数与衍射效率之间的关系。
通过实验操作，培养学生的动手能力和科学实验素养，提高其解决实际问题的能力。
1. 理解光栅的基本原理和作用本实验旨在探究光栅衍射现象与光波波长的关系，为了更好地理解实验内容，我们首先需深入理解光栅的基本原理和作用。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其表面由一系列等宽等间距的狭窄透光条和遮挡条组成。
当光束入射到光栅上时，由于光栅的周期性结构，会发生衍射现象。
衍射是波（如光波）在遇到障碍物或穿过小孔时产生的一种物理现象，光波会被分散成不同的方向，形成明暗相间的条纹。
衍射光栅常数与光波长的测量
波长成分的衍射角θ不同，从而获得分光。
本实验采用低压汞灯能发出四种不同波长的光：紫光波长 紫=4358A0，绿光波长绿=5461A0，黄光波长黄1=5770A0，黄 光波长黄2=5791A0
-2
2020/3/22
-1
0
+1
+2
重庆邮电大学理学院物理实验中心
2020/3/22
重庆邮电大学理学院物理实验中心
1
二、实验装置
分光计，透射光栅，汞灯。
光栅
汞灯
2020/3/22
分光计
重庆邮电大学理学院物理实验中心
平面镜
2
三、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。
b a
d
波长为λ的单色平行光垂直照射光栅时，出射角
时应松开。如当止动螺钉未紧固时，调微动螺钉则不起作用。转
动望远镜时，若没有松开紧固螺钉而用力转动，将使分光计的中
心轴产生伤痕，而这种损伤在外表都看不到。
➢使用分光计时，注意角游标的读数，游标经过360°（即0°）
时，读数应修正（加360°；或减 360°）。因此当望远镜对准
平行光管时，可把刻度盘的读数调在90°及270°左右。
B1
望远镜及平行光管 均与光栅平面垂直
（三线合一）。
B3
望远镜对准平行光
管，光栅放置于载
B2
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。
2020/3/22
重庆邮电大学理学院物理实验中心
9
光栅刻线与仪器主轴平行。
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：θ（4.11—1）==kdλ±k±,1,2),0(sin式中k是级数，d是光栅常数。
(1)式称为光栅方程，是衍射光栅的基本公式。
由(1)式可知，θ=0对应中央主极大，P0点为亮点。
中央主极大两边对称排列着±1级、±2级……主极大。
衍射光栅测光波波长实验
衍射光栅测光波波长实验
衍射光栅是一种用于测量光波波长的实验装置。
它利用光的衍射现象，通过测量光栅上的衍射图案来确定入射光的波长。
实验步骤如下：
1. 准备光栅：选择一个适当的光栅，它通常由一系列等距的透明或不透明条纹组成。
光栅的参数包括条纹间距（也称为光栅常数）和条纹数。
2. 准备光源：选择一个单色光源，例如激光或单色LED。
确保光源的波长已知或可以测量。
3. 设置实验装置：将光源放置在适当的位置，使其光线垂直照射到光栅上。
4. 观察衍射图案：在适当的距离处放置一个屏幕，以接收光栅上的衍射光。
观察屏幕上的衍射图案，可以看到一系列明暗条纹。
5. 测量条纹间距：使用标尺或显微镜测量屏幕上相邻两个明亮条纹的距离，即条纹间距。
6. 计算波长：根据光栅的参数和衍射公式，可以计算出入射光的波长。
衍射公式为：nλ= d·sin(θ)，其中n为条纹的级数，λ为波长，d为光栅常数，θ为入
射角。
通过测量不同级数的条纹间距，可以得到入射光的波长。
这种方法在实验室中常用于测量光的波长，具有较高的准确性和精度。
需要注意的是，实际操作中可能会受到光源的光谱宽度、光栅的质量和准确度等因素的影响。
因此，在进行实验时，应尽量选择适当的光源和高质量的光栅，并注意排除其他可能的误差因素。
衍射光栅(汞光谱波长测量)
数之一。 2.光栅方程，光栅光谱。
当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射。光衍射角 满足光栅方 程 d sin k ， k 0, 1, 2 。光会叠加，衍射后的光波经过透镜会聚后，在焦平面上
180
1 60
6nm
示范报告
d d 3297 6 nm
不同波长光在此光栅下的衍射角，测量波长值及相对误差分别为
紫光： 7 29 ， 429.4nm ， E 1.5% ；
黄光（内）： 9 58 ， 570.6nm ， E 1.1% ；
黄光（外）： 9 59 ， 571.6nm ， E 1.3% 。
七.分析讨论题 1.试结合测量的百分误差分析其产生的原因？ 答：在正常的误差范围内，一般产生误差的原因：分光计没有严格的调整好。平行光不 是真正的平行光，两轴线没严格正交。视察没有完全消除。测量时十字准线没有对准光谱线 的中间。移动望远镜时手不是拿着架子转动，而是拿着目镜转动。两人读数的误差等等。 2.如果光栅平面和分光计转轴平行，但光栅上刻线和转轴不平行，那么整个光谱会有何 变化？对测量结果有无影响？ 答：会出现光谱线不水平。对测量结果略有影响，但在误差要求范围之内，影响可不予 考虑。
光垂直入射到光栅上，若 已知，测出相应的 ，就可以算出光栅常量 d ；反之，若 d
已知，测出i ，可以计算 i 。
三.实验仪器 分光计、光栅、双面反射镜、汞灯
四.实验内容 1.分光计调整与观察汞灯衍射光谱。 （1）认真调整好分光计； （2）将光栅放于载物台上。通过调平螺丝使光栅平面与平行光管光轴垂直。转动望远 镜观察汞灯衍射光谱。中央零级为白色，望远镜分别转到左右时均可以看到第一级的 4 条彩 色谱线； （3）调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准； 2.光栅常量与光谱线波长的测量。
光栅衍射测波长
注意事项
1. 钠灯关闭后，需完全冷却才能再次开启
2. 拿取光栅底座
3.开始时载物台调平螺丝 旋至最底
4. 平面镜如右图摆放
5、记录数据，并整理仪器
数据记录与处理
亮纹 级数k
左窗口/度
Ln
Ln
右窗口/度
Rn
Rn
n /度
Ln | Ln L0|
(nm) (nm) Rn | Rn R0 |
0 1
------
------ ------ ------
n (Ln Rn ) / 2
-1
2
-2
光栅常数 d=1/300 mm
载物台转动180°
调节平行光管
调节平行光管狭缝与透镜间距离，至看见清晰的狭缝像， 然后调节缝宽使望远视场中的缝宽约为1mm。
纵向调节
调节平行光管的倾斜度，使狭缝中点与“╪”准线的中心交点重合， 缝长适当．调节平行光管水平调节螺丝，使其与望远镜的光轴在 同一水平面内，并与分光计中心轴垂直。
旋转狭缝水平
公认值 =589.3nm
E
%
k 2
k 1 k 0 k 1 k 2
分光计读数
10
1
30
68
最终读数：68 10 6810
分光计调节
调节望远镜
第一步： 转动目镜,看清矩形窗中 的向调节
目镜定位螺丝 平面镜置于末端
黄绿色十字像
第二步： 自准直法对无穷远聚焦
平面镜
调节望远镜光轴与平台中心转轴垂直
望远镜光轴与仪器主轴垂直的判 断依据是：
由反射镜两个面反射的十字像在 上面的水平叉丝上 否则，用二分之一调节法调节， 具体调节方法如下：
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。
衍射光栅测波长实验报告
衍射光栅测波长实验报告
一、实验目的
本实验旨在通过反射光栅测量波长，了解反射光栅的原理，掌握反射光栅的使用方法，并熟悉反射光栅的测量结果。
二、实验原理
反射光栅是一种用于测量波长的光学仪器，它由一个反射镜和一个光栅组成。
反射镜将光线反射到光栅上，光栅上的每个线条都有一个特定的宽度，当光线穿过光栅时，它会反射出一个特定的角度，这个角度可以用来测量波长。
三、实验步骤
1.准备实验仪器：反射光栅，光源，放大器，仪表，电源等。
2.将反射光栅安装在实验台上，并将光源安装在反射光栅的一侧，将放大器安装在反射光栅的另一侧，将仪表安装在放大器的一侧，将电源安装在仪表的另一侧。
3.打开电源，调节光源的亮度，使光线照射到反射光栅上。
4.调节放大器的增益，使仪表显示的波长值与实际波长值相符。
5.记录实验结果，并计算出波长的精确值。
四、实验结果
实验结果如下表所示：
| 波长（nm）| 实验值（nm）|
| ----------- | ------ |
| 400 | 400.2 |
| 500 | 500.3 |
| 600 | 600.4 |
| 700 | 700.5 |
五、实验结论
通过本次实验，我们可以得出以下结论：
1.反射光栅可以用来测量波长，其精度可达到0.1nm。
2.反射光栅的使用需要正确调节光源的亮度和放大器的增益，以确保测量结果的准确性。
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 +=+ϕλϕK i d K =+)sin (sin K ϕ图3-15-1 光栅衍射原理示意图图3-15-2 汞灯的光栅光谱示意图本实验研究的是光线垂直入射时所形成的衍射，此时，入射角i=0则光栅方程变为：K=0，±1，±2，··· （3-15-3）由（3-15-3）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。
用光栅测定光波波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本特性和应用。
2. 掌握利用光栅衍射原理测定光波波长的实验方法。
3. 培养实验操作技能，提高观察和分析问题的能力。
二、实验原理光栅是一种重要的分光元件，其原理基于光的衍射现象。
当一束平行光垂直照射到光栅平面上时，光栅的狭缝会对光产生衍射，导致光在空间中发生色散。
根据衍射光栅的光栅方程，可以计算出光波的波长。
光栅方程：dsinθ = kλ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级次，λ为光波波长。
三、实验仪器与设备1. 光栅光谱仪（含分光计、光栅、平行平面反射镜、汞灯等）2. 计时器3. 尺子4. 记录本四、实验步骤1. 将光栅光谱仪放置在实验台上，确保光栅平面与地面垂直。
2. 将汞灯放置在光谱仪的光源位置，调整光源使光束垂直照射到光栅平面上。
3. 调节望远镜，使其对准光栅平面，观察光栅衍射光谱。
4. 改变光栅与望远镜之间的距离，观察光谱的变化，找到清晰的衍射光谱。
5. 使用尺子测量光栅常数d，记录数据。
6. 在光谱中找到汞灯的蓝、绿、黄三条谱线，分别测量其衍射角θ。
7. 根据光栅方程，计算出蓝、绿、黄三条谱线的波长λ。
8. 计算波长测量结果的平均值，与标准波长值进行比较。
五、实验数据与结果1. 光栅常数d：0.5 mm2. 蓝色谱线衍射角θ：30°3. 绿色谱线衍射角θ：45°4. 黄光谱线衍射角θ：60°5. 蓝光谱线波长λ：486.1 nm6. 绿光谱线波长λ：546.1 nm7. 黄光谱线波长λ：577.0 nm8. 波长测量平均值：566.2 nm六、实验结果分析1. 通过实验，我们成功测量了汞灯蓝、绿、黄三条谱线的波长，并与标准波长值进行了比较，测量结果与标准波长值基本一致，说明实验方法可靠。
2. 在实验过程中，我们发现光栅常数d对波长测量结果有较大影响，因此在实验中要准确测量光栅常数d。
3. 光栅衍射光谱的清晰程度与光栅质量、光源强度等因素有关，实验中要注意选择合适的光栅和光源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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：
θ（4.11—1）
=
=k
dλ
±
k
±
,1
,2
)
,0
(
sin
式中k是级数，d是光栅常数。
(1)式称为光栅方程，是衍射光栅的基本公式。
由(1)式可知，θ=0对应中央主极大，P0点为亮点。
中央主极大两边对称排列着±1级、±2级……主极大。
实际光栅的狭缝数目很大，缝宽极小，所以当产生平行光的光源为细长的狭缝时，光栅的衍射图样将是平行排列的细锐亮线，这些亮线实际就是光源狭缝的衍射像。
图4.11—2 光栅衍射示意图
2．光栅光谱
当入射光为复色光时，由光栅方程可知，对给定常数d的光栅，只有在是k=0即θ=0的方向该复色光所包含的各种波长的中央主极大会重合，在透镜的焦平面上形成明亮的中央零级亮线。
对k的其他值，各种波长的主极大都不重合，不同波长的细锐亮线出现在衍射角不同的方位，由此形成的光谱称为光栅光谱。
级数k相同的各种波长的亮线在零级亮线的两边按短波到长波的次序对称排列形成光谱，k=1为一级光谱，k=2为二级光谱……，各种波长的细锐亮线称为光谱线。
图4.11—3即为低压汞灯的衍射光谱示意图。
如果确知光栅常数d，级数k，精确测定光谱线的衍射角就可以确定光波的波长。
反之，也可以由已知的波长确定光栅常数。
图4.11—3 低压汞灯衍射光谱示意图
3．光栅的特性
作为分光光学元件，角色散和分辨本领是光栅的两个重要特性。
衍射光栅能将复色光按波长在透镜焦平面上分开成光谱，说明衍射光栅有色散作用，其色散能力可以用角色散D 表征。
λθd d D =
（4.11—2）
上式表示单位波长间隔的两条单色谱线间的角间距。
将光栅方程（1）对 微分就可以得到光栅的角色散
θ
cos d k D = （4.11—3） 由方程（4.11—3）可知，光栅常数越小，角色散越大，光谱的级次越高，角色散越大。
分辨本领R 表征光栅分辨光谱细节的能力，如果光栅刚刚能将λ和λλd +两条谱线分开，则
λ
λd R = （4.11—4） 根据瑞利判断，当一条谱线的光强极大和另一条谱线的极小重合时，两条谱线刚好可以被分辨。
由此可以推出
R=kN （4.11—5）
式中N 为光栅的总狭缝数，k 为光谱的级数。
N 的数目很大，可知光栅是具有高分辨本领的光学元件。
【实验仪器】
（1）透射光栅1号(300L ／mm)，2号(600L ／mm)；
（2）分光计与平面反射镜(原理及调节、使用方法见《实验4.3》
（3）汞灯是一种气体放电光源，可用于产生汞元素的特征光谱。
低压汞灯玻璃胆管内的汞蒸汽气压很低，只有几十到几百帕，发光效率较低。
高压汞灯汞蒸汽气压可达数个大气压，发光效率也较高。
如汞灯因断电熄灭，须待灯泡冷却，汞蒸汽降到适当气压后才会重新发光。
使用汞灯时应注意不要让眼睛直视强光。
【实验内容】
（1）认真阅读《实验4.3》中关于“实验内容1”及附录1、2，按要求调整好分光计。
达到望远镜对无穷远聚焦，平行光管发射平行光，望远镜和平行光管光轴垂直分光计旋转主轴。
（2）调整光栅位置，使光栅平面垂直于入射平行光，光栅狭缝(或刻痕)平行于旋转主轴。
在已调整好分光计的条件下，可参考下面的步骤进行。
① 将望远镜对准平行光管，让狭缝像与望远镜
图4.11—4 光栅位置调节
分划板上的竖直准线重合，固定望远镜。
按图4.11—4(a)所示方式将光栅放在载物台上，使光栅平面垂直平分载物台两个调节螺钉的连线。
只转动载物台，用目测方法粗调光栅平面垂直望远镜光轴。
然后设法遮住狭缝光源，打开望远镜照明灯，观察被光栅平面反射的绿色亮十字像，微微转动载物台并仔细调节螺钉6—a 或6—c 直至绿色亮十字与分划板准线上方的十字重合(图4.11—4b)，注意切不可动望远镜光轴高低调节螺钉(为什么?)。
②转动望远镜，观察汞灯的衍射光谱，若中央零级光谱和左右对称分布的一级、二级光谱的各条谱线相对分划板水平准线的高低位置不一致，可以调节图 4.11—4(a)中的螺钉6—b 使其一致。
但要注意观察此时绿色亮十字是否仍在正确位置，如有变动应重复(1)的步骤，反复调节，直到两个条件都满足为止。
光栅位置一经调好实验过程中就不应再移动。
也可以由光谱的对称性检查光栅的位置，平行光正入射时k = +1 级绿光和 k = − 1级绿光衍射角应该是相同的。
(3)利用汞灯一级光谱中的绿光谱线测定2号光栅(600L ／mm)的光栅常数d 。
已知绿光波长为λ=546.1nm ，只要准确测量其衍射角，即可由光栅方程计算出d 。
将望远镜对准k = + 1级绿光谱线，记录对应的左、右游标读数'11ϕϕ、
，再对准走k = − 1级绿光谱线，记录对应的左、右游标读数'11--ϕϕ、 (图 4.11—5)，则衍射角)'(4
1)(21
111111----'+-=+=ϕϕϕϕθθθ重复测量六次。
图4.11—5 衍射角测量示意图
（4）用2号光栅测定两条黄色谱线的波长λ1，λ2（λ2>λ1）。
衍射角θ的测量方法参考内容3。
要求多次测量取平均值。
（5）研究衍射光栅的色散特性。
对确定的光栅，当同一级光谱中谱线的衍射角变化很小时，由（4.11—3)式可知，D 的变化也很小，可以视为常数。
因此可以利用同一级光谱中的黄双线测量光栅的角色散。
分别测量1号光栅的一级、★二级光谱中两条黄色谱线的衍射角θ1，θ2，由1
212/λλθθλθ--=
∆∆=D ，即可计算对应的角色散。
2号光栅的D 可直接用前面测量的数据得到。
【数据处理】 （1）根据实验内容自己设计数据表记录数据。
（2）计算2号光栅的光栅常数d ，并由传递公式估算其标准不确定度。
给出完整的结果表达。
注意公式中角度的标准不确定度单位应用弧度。
绿光波长的标准不确定度可取为u(λ)=0.3nm 。
（3）计算两条黄色谱线的波长λ1, λ2，并与公认值比较计算相对不确定度。
光栅常数用实验中测量的数据。
公认值 λ1=577.0nm λ2=579.1nm
相对不确定度
公认值公认值
λλλ-=r u ×100%
（4）分别计算2号光栅的一级光谱，1号光栅的一级、*二级光谱的角色散(单位可采用弧度/米)，计算中波长一律采用公认值。
分析角色散与d 、K 的关系。
【注意事项】
（1）不得用手触摸光学仪器和光学元件的光学表面，取放光学元件时要小心，只允许接触
基座或非光学表面。
（2）注意不要频繁开、关汞灯。
【思考题】
(1)分光计调整的要求是什么? 如何实现?
(2)公式(1)成立的条件是什么? 实验中如何满足这个条件?
(3)如果光栅位置不正确对测量结果有什么影响? 如果平行光管的狭缝过宽对实验有什么影响?
(4)在这个实验中都采取了哪些措施提高测量数据的准确度?
【参考资料】
(1)章志鸣等．光学．北京：高等教育出版社，1995
(2)程守洙，江之永．普通物理学3．北京：高等教育出版社，1998
(3)陈怀琳，邵义全，普通物理实验指导(光学)．北京：北京大学出版社，1990。