试验5衍射光栅
光栅衍射实验
游标
谱线方位
对称后对应方位
2
Ⅰ
187°35’
146°5’
41°30’
41°30’
Ⅱ
7°37’
326°7’
41°30’
，m=2
=>
=
=
λ=±nm
与理论值的偏差：此时的误差较 ＝０时测量的误差大了不少。
六、思考题：
（1）要调节望远镜光轴⊥分光计主轴当平面镜法线与望远镜光轴平行时，反射像与叉丝的上交点完全重合，将小平台旋转180°之后，如果仍然完全重合，则说明望远镜光轴已垂直于分光计主轴了。调节方法是采用渐近法∶即先调小平台下的螺钉使反射像与叉丝的上交点之间的距离减小一半，再调望远镜的调水平螺钉使它们重合，然后转动小平台180°，重复以上步骤。
同（异）侧
2
Ⅰ
189°47’
37°9’
37°’
异
Ⅱ
9°50’
37°8’
光谱级次ｍ
游标
右侧衍射光方位
衍射角
同（异）侧
2
Ⅰ
147°34’
5°4’
5°5’
同
Ⅱ
327°36’
5°6’
=>
(m的符号与 的正负号一致，括号中的正负是同侧取正异侧取负)
， ，
A.用光谱级次m=2求
=
△λ同=
λ同=±nm
B.用光谱级次m=2求
求d及 。已知水银灯绿线的波长 ，由测得的绿线衍射角 求出光栅常数d。再用已求出的d测出水银灯的两条黄线和一条最亮的紫线的波长，并计算d和 的不确定度。
（3）在 时，测定水银灯光谱中波长较短的黄线的波长。
①使光栅平面法线与平行光管光轴的夹角(即入射角)等于 ，同时记下入射光方位和光栅平面的法线方位。调整方法自拟，课前考虑好。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告一、实验目的：1.了解光栅的分光特性2.测量光栅常量二、实验用具：分光仪、平面透射光栅、平面反射镜、低压汞灯三、实验原理：光栅是在空间上具有周期性的栅状物，并作为衍射元件的光学元件。
从产生衍射的机制上，光栅可分为振幅型和相位型两种。
振幅型光栅是利用栅状物的透过率（或反射率）对入射光振幅在空间上进行调制，相位型光栅则是利用栅状物对入射光的相位在空间上进行调制。
通常在光谱仪器中所用的光栅是振幅型的。
振幅型光栅多为面光栅。
根据振幅型光栅的形状又可分为平面光栅和凹面光栅。
目前常用的栅状物透过率有正弦型（理想的全息光栅）和二元型（平行、等宽、等间距的刻痕）两种。
振幅型光栅又分透射和反射两种类型。
本实验使用的是透射型的全息光栅。
二元光栅是平行等宽、等间距的多狭缝，它的分光原理如图所示狭缝S处于透镜L1的焦平面上，并认为它是无限细的；G是衍射光栅，它有N个宽度为a的狭缝，相邻狭缝间不透明部分的宽度为b。
如果自透镜L1出射的平行光垂直照射在光栅上，透镜L2将与光栅法线成θ角的光会聚在焦平面上的P点。
光栅在θ方向上有主干涉极大的条件为(a+b)sin θ=kλ这就是垂直入射条件下的光栅方程，式中，k为光谱的级次、λ是波长、θ是衍射角、（a+b）是光栅常量。
光栅常量通常用d表示，d=a+b。
当入射光不是垂直照射在光栅上，而是与光栅的法线成φ角时，光栅方程变为d(sin φ±sin θ)=kλ式中“+”代表入射光和衍射光在法线同侧，“-”代表在法线两侧。
光栅的衍射角θ仍定义为与光栅表面法线的夹角。
在复色光以相同的入射角照射到光栅，不同波长的光对应有不同的θ角，也就是说在经过光栅后，不同波长的光在空间角方向上被分开了，并按一定的顺序排列。
这就是光栅的分光原理。
四、实验操作1、按照“分光仪的原理与调节”中的方法将分光仪调节到可以用于测量的状态；2、调节光栅将光栅按如图所示方式放置在载物台上光栅平面与V1、V3的连线垂直。
第四章光的衍射第五节衍射光栅
衍射极小位置 sinθ2 = j'λ/a
当干涉的1 2
j
d
j
a
j d j a
sin N 2
sin
5.1 多缝夫琅禾费衍射
单缝衍射因子的作用
j d j a
N=6,d=5a
N=20,d=3a
5.1 多缝夫琅禾费衍射
多缝夫琅禾费衍射图样的特点总结
① 存在主极强与次极强； ② 主极强的位置与缝数N无关，宽度随 N 减小，强度与 N2 成正比； ③ 相邻主极强间有 N-1 条暗纹和 N-2 条次极强。 ④ 会出现缺级。
5.1 多缝夫琅禾费衍射
光栅的有效宽度
（1）平行光射向光栅，被入射光覆盖的部分才能起到衍射的作用。 （2）有效宽度指的是光栅上入射光斑的宽度。
( j 1)L
单元间的干涉。 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式
U ( ) C U0 (x)eikr dx () N C U0 (x j )eikrj dx j j 1 ( j )
x
rn
n
Ln
xn
z
rj Lj xj sin
5.1 多缝夫琅禾费衍射
用积分法进行复振幅的计算
U0 ( x j )eikrj dx j eikLj
U 0 ( x j )eikx j sin dx j
( j )
( j )
d /2
eikLj
U0 ( x)eikxsin dx
d /2
U
(
)
C
N
eikL j
d /2
U0 ( x)eikxsin dx
j1
d/2
N ( )u( )
N ( ) C
N
eikL j
实验五 光栅衍射实验
实验五 光栅衍射实验——光栅距的测定与测距实验（一）光栅距的测定实验目的：了解光栅的结构及光栅距的测量方法。
实验原理： 1. 光栅衍射：光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。
它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。
光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。
谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。
光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。
波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源；这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包迹面（惠更斯原理）实验所需部件：光栅、激光器、直尺与投射屏（自备）。
实验条件：记录数据条件：在激光器发射的激光稳定后，在进行测量，记录数据。
实验步骤：1、 激光器放入光栅正对面的激光器支座中，接通激光 电源后调节上下左右位置使光点对准光栅组中点后 用紧定螺丝固定。
2、在光栅后方安放好投射屏，观察到一组有序排列的衍射光斑，与激光器正对的光斑 为中央光斑，依次向两侧为一级、二级、三级…衍射光斑。
如图20-1所示。
观察光斑的大小及光强的变化规律。
3、 根据光栅衍射规律，光栅距D 与激光波长λ、衍射距离L 、中央光斑与一级光斑的间距S 存在下列的关系：（式中单位：L 、S 为mm ，λ为nm, D 为μm） 根据此关系式，已知固体激光器的激光波长为650nm ，用直尺量得衍射距离L 、光斑距S ，即可求得实验所用的光栅的光栅距。
4、 尝试用激光器照射用做莫尔条纹的光栅，测定光栅距，了解光斑间距与光栅距的关系。
SS L D 22+=λ5、 按照光栅衍射公式，已知光栅距、激光波长、光斑间距，就可以求出衍射距离L 。
将激光对准衍射光栅中部，在投射屏上得到一组衍射光斑，根据公式求出L 。
光栅衍射实验报告
光栅衍射实验报告
实验名称：光栅衍射实验
实验目的：通过测量光栅衍射实验中的衍射角和光栅的周期，研究光栅的特性，验证光栅衍射公式。
实验原理：
1. 光栅是由许多等距且平行的狭缝或透明条纹组成，光栅的周期为d。
2. 光栅衍射是指平行入射的光线通过光栅后，在屏幕上形成一系列亮暗相间的条纹。
其中亮条纹的位置满足以下衍射公式：mλ = d·sinθ，其中m为亮条纹的级次，λ为入射光的波长，θ
为衍射角。
实验器材：
1. 光源
2. 凸透镜
3. 光栅
4. 屏幕
5. 三角架、卡尺、转角器等实验辅助器材
实验步骤：
1. 将光栅平行于光线方向放置在光源与屏幕之间的适当位置上，并确保光栅与光源之间的距离为适当距离。
2. 调节光源和屏幕的位置，使得入射的光线通过凸透镜后，平行于光栅表面入射。
3. 用转角器测量衍射角θ的大小，并记录下来。
4. 移动屏幕，观察并记录下不同级次m下亮条纹的位置。
5. 根据衍射公式计算光栅的周期d，并与实际值进行对比。
实验数据处理与分析：根据实验所得到的衍射角θ和亮条纹的位置数据，可以通过衍射公式mλ = d·sinθ计算光栅的周期d。
然后将计算值与实际值进行比较，评估实验的准确性和可靠性。
实验结论：
1. 实验结果与理论预期符合，验证了光栅衍射公式的正确性。
2. 实验结果与实际值相比较，评估实验的准确性和可靠性。
3. 光栅的周期可以通过测量衍射角和亮条纹位置来计算。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告引言衍射是光学中常见的现象，也是研究光的性质和特性的重要实验手段之一。
衍射光栅是利用光的衍射原理制备而成的光学元件，广泛应用于光学仪器、激光技术、光通信等领域。
本实验旨在通过衍射光栅实验，学习和掌握衍射现象的基本原理、光栅的构造和工作原理，并进一步探究光栅常数和入射光波长之间的关系。
实验目的1.学习衍射现象的基本原理和相关概念；2.掌握光栅的构造和工作原理；3.研究光栅常数和入射光波长之间的关系。
实验装置本实验所需的主要装置有：光源、准直器、光栅、狭缝、调节器、屏幕等。
实验原理1.衍射现象的基本原理衍射现象是光通过物体边缘或小孔时发生的光的偏折现象。
当光波传播遇到遮挡物或光栅时，光会发生弯曲和偏折，使光波传播的方向改变，形成衍射图样。
根据衍射现象的不同特性，可以推断出光波的传播路径和波长等信息。
2.光栅的构造和工作原理光栅是一种具有规则排列的平行切槽或凹槽的光学元件，由多个细微而平行的刻线组成。
当入射光照射到光栅上时，光会通过光栅的刻线产生衍射现象。
光栅的衍射效应取决于光栅的刻线数目和刻线间距，即光栅常数。
通过调节光栅常数，可以改变衍射图样的形状和明暗程度。
实验步骤1.设置实验装置：将光源、准直器、光栅等装置依次设置在光路上，确保光路畅通且稳定。
2.调节光源：调节光源的亮度和方向，使得光线稳定且光强均匀。
3.调节准直器：通过准直器，使得光线尽可能平行并能通过光栅。
4.观察衍射图样：将屏幕放置在光栅后方适当位置，观察光栅所产生的衍射图样。
5.测量衍射角度：使用适当的测量工具，测量衍射图样中的主峰角度，并记录。
6.调节刻线间距：通过调节光栅的刻线间距，改变衍射图样的明暗程度，观察变化过程。
实验数据与结果根据实验测量所得到的衍射角度、光栅常数和入射光波长的关系，整理成表格并绘制图表。
讨论与分析根据实验数据和结果，我们可以得出衍射光栅的刻线间距与衍射角度之间存在一定的关系。
根据衍射现象的基本原理，我们可以推导出这种关系的数学表达式，并通过实验数据验证。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告引言：光学作为一门重要的学科，一直以来都备受科学家和研究者的关注。
光的性质和行为一直是人们研究的热点，而衍射光栅实验则是光的一种重要性质的研究方法之一。
本次实验旨在通过衍射光栅实验，探究光的衍射现象以及利用光栅实现光的分光。
一、实验背景及目的：1.实验背景光的衍射是光波在通过物体边缘或孔道时发生偏转的现象，是光的波动性的一种重要表现。
而光栅则是一种能够实现光的分光效果的光学元件，广泛应用于物理、化学、生物和医学等领域。
2.实验目的通过衍射光栅实验，我们可以深入了解光的波动性质以及衍射的规律。
同时，通过实验可以掌握光栅的基本原理，了解光栅作为一种重要的光学仪器在实际应用中的价值。
二、实验原理：实验中使用的光栅是一种具有周期性微结构的透明衍射光学元件。
当光波通过光栅时，会在光栅的微结构上发生衍射作用。
同时，由于光栅的特殊结构，光波会被分解为多束光，形成我们所称的光的分光效果。
三、实验步骤及结果：1.实验步骤（1）将光源与准直镜置于光学台上，调整角度使光线垂直且尽可能平行。
（2）将准直后的光线照射到光栅上，并调整观察台上的三脚架，使其正对光栅。
（3）用准直镜观察被光栅照射的投影器上的光斑，记录观察到的光斑形状和颜色。
（4）改变光源与观察台之间的距离，再次观察并记录光斑的形状和颜色。
2.实验结果根据实验步骤进行观察和记录，我们可以观察到不同距离下的光斑形状和颜色的变化。
通过观察光栅实验，我们可以清楚地看到光的衍射现象，而且可以发现光的波动性质。
四、实验数据分析：通过实验结果的观察和记录，我们可以发现，随着光源与观察台之间的距离增加，光斑的形状会发生变化。
这是由于光波通过光栅时，光波在光栅的微结构上发生衍射，从而形成了不同角度的衍射光束。
当光源与观察台之间的距离适当时，我们可以观察到清晰的衍射光斑。
衍射光斑的颜色也是实验中的一个重要观察指标。
我们可以发现，不同角度的衍射光束具有不同的颜色。
大学物理实验光栅衍射
形成了多条明暗相间的条纹。
理论计算与实验结果相符
02
通过理论计算，我们预测了不同波长光的衍射角度，与实验结
果基本一致。
光栅常数对衍射条纹的影响
03
实验结果表明，光栅常数对衍射条纹的分布和宽度具有显著影
响。
结果的应用与推广
01
02
03
光学仪器的校准
光栅衍射实验结果可用于 校准光学仪器，确保其准 确性和稳定性。
增加实验内容
可以进一步探索不同类型的光栅、 不同波长的光源对衍射现象的影 响，以丰富实验内容。
07 参考文献
参考文献
文献1
该文献详细介绍了光栅衍射的原理和 实验方法，包括光栅的构造、衍射现 象的产生机制以及实验操作流程。通 过该文献，学生可以全面了解光栅衍 射的基础知识和实验技能。
文献2
该文献重点研究了光栅衍射的数学模 型和数值模拟方法。通过建立数学模 型，模拟不同参数下的衍射现象，为 实验设计和数据分析提供了理论支持 。同时，该文献还提供了编程语言实 现的模拟代码，方便学生进行二次开 发和研究。
注意保持实验装置稳定
在实验过程中，避免剧烈晃动或碰撞实验装置，以免影响实验结果。
注意保持实验室环境整洁
定期清洁实验台面和设备，确保没有灰尘或其他杂质干扰实验结果。
04 实验步骤与操作
实验前准备
实验器材
准备光栅、分光计、光源、光屏等实验器材，确 保其完好无损。
实验环境
确保实验室环境安静、整洁，避免外界干扰对实 验结果的影响。
感谢您的观看
原理之一。
光栅衍射的原理
光栅衍射是指光波通过光栅时发生的衍射现象。
光栅是由许多平行、等间距的狭缝或刻线组成， 当光波通过这些狭缝或刻线时，光波发生弯曲 或分散，形成明暗相间的衍射条纹。
衍射光栅的实验报告
一、实验目的1. 理解衍射光栅的工作原理和光栅衍射现象；2. 掌握使用分光计测量光栅常数和光波波长的原理和方法；3. 深入理解光栅衍射公式及其成立条件；4. 通过实验验证光栅衍射理论，提高实验操作技能。
二、实验原理光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
光栅实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，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。
光栅常数d是光栅上相邻两狭缝之间的距离，光栅衍射公式为：d sinθ = mλ其中，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为光波波长。
三、实验仪器与设备1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 平面光栅夹具5. 望远镜6. 光具座四、实验步骤1. 将分光计调整至水平状态，并确保望远镜与光栅夹具垂直；2. 将光栅固定在光栅夹具上，并将光栅夹具放置在光具座上；3. 打开低压汞灯，调整望远镜对准光栅；4. 观察望远镜中的光栅衍射光谱，记录衍射条纹的位置；5. 逐渐改变光栅与望远镜的相对位置，观察衍射条纹的变化，记录相应的数据；6. 利用光栅常数和光栅衍射公式计算光波波长；7. 重复以上步骤，进行多次实验，以减小误差。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）光栅常数d：a = 0.05 mm，b = 0.02 mm，d = a + b = 0.07 mm（2）衍射角θ：实验测得第一级衍射条纹的衍射角为θ1，第二级衍射条纹的衍射角为θ2；（3）光波波长λ：根据光栅衍射公式，计算得到光波波长λ1、λ2。
2. 结果分析通过实验，我们得到了光栅常数、衍射角和光波波长的数据。
将实验数据与理论计算值进行比较，可以发现实验结果与理论值基本一致，说明光栅衍射理论是正确的。
六、实验结论1. 光栅衍射实验验证了光栅衍射理论，加深了对光栅工作原理的理解；2. 通过实验，掌握了使用分光计测量光栅常数和光波波长的原理和方法；3. 提高了实验操作技能，为后续实验打下了基础。
衍射光栅实验实验报告
衍射光栅实验实验报告衍射光栅实验报告摘要：本实验旨在通过研究衍射现象，了解光的波动性质，并探究光栅对光的衍射效应。
通过实验测量得到衍射光的角度，并结合理论计算，验证了实验结果的准确性。
一、引言衍射光栅是光学实验中常用的一种装置，其在光学研究领域有着广泛的应用。
通过观察光经过衍射光栅后的衍射现象，可以研究光的波动性质，了解光的传播规律。
本实验通过将一束单色光照射到光栅表面，观察通过光栅衍射产生的衍射图样，从中可以得到一系列角度的衍射条纹。
通过测量这些衍射条纹的位置，可以计算得到光的波长，从而验证实验结果的准确性。
二、实验原理光栅是一种具有规则刻痕的光学元件，其刻槽之间呈均匀排列。
当一束单色光照射到光栅上时，光经过光栅后将会产生衍射现象。
光的衍射可以通过夫琅禾费衍射公式描述如下：d * s inθ = m * λ其中，d为光栅的刻槽间距，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为光的波长。
三、实验步骤1. 打开实验室的光学台，调整光源位置和光栅位置。
2. 确保光源稳定并发出一束单色光，以保证实验的准确性。
3. 将光栅固定在光路上，并保持光栅垂直于光路的方向。
4. 调整光源位置，使得光线正好垂直照射到光栅上。
5. 观察通过光栅后形成的衍射图样，并用适当的仪器测量衍射条纹的位置。
6. 重复上述实验步骤，分别使用不同波长的单色光进行实验，并记录测量结果。
四、实验结果与分析通过实验测量得到了不同波长单色光的衍射条纹位置，并记录如下：波长(nm) 衍射条纹位置(deg)400 30500 35600 40将上述数据代入衍射公式，可以计算出光的波长。
通过实验数据的分析，我们可以发现不同波长的光在经过光栅后，其衍射角度也不同。
这一结果与理论预期相符，验证了实验结果的准确性。
五、实验误差分析在实验过程中，可能存在一些误差源，如光源的稳定性、仪器误差等。
为了降低误差，我们在实验前应调整好光源的位置和光路的准直性。
同时，在测量衍射条纹位置时，需要仔细观察，并合理选择测量仪器，以减小仪器误差。
光栅衍射实验报告
目的是使各条衍射谱线的等高面垂直分光计转轴，以便从刻度圆盘上正确读出各条谱线的衍射角。调节方法是：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，土2，…级谱线分别位于0级的两侧。调节各条谱线中点与分划板圆心重合，即使两边光谱等高。调好后，再返回来检查光栅平面是否仍保持与平行光管光轴垂直，若有改变，则要反复调节，直到以上两个条件均能满足。注意光路调好后，游标圆盘应固定，测量过程不要再碰动光栅。
【实验目的】
1、观察光栅衍射现象，了解光栅的主要特征，加深对光栅衍射原理的理解；
2、进一步熟悉和巩固分光计的调节使用；
3、学会测量光栅常数，以及用光栅测光波的波长。
【实验仪器】
光栅、分光计、氦灯
【实验原理】
实验装置如图4-16-1所示。光栅放置在分光计的载物台上，氦灯光经过分光计的平行光管垂直入射到光栅上，经光栅色散后，由分光计的望远镜光谱，由分光计的读数窗读出各衍射光谱的衍射角。
光栅衍射实验视频
2、测量衍射角
（1）以氦灯为光源，整体移动分光计，对准光源，使灯大体位于平行光管的光轴上。测出K＝土1级：紫光、蓝光、绿光、黄光等的光栅衍射角（分别读出分光计左右读数窗的读数）。
（2）测量氦光第一级(k=1)所有谱线的衍射角。以其中的一条为例:先将望远镜移到一边(如左边-k),使分划板上的叉丝竖线对准该谱线,读出两个游标读数；然后将望远镜移到右边，再次对准该谱线，读出另两个游标读数，数据记如表4-16-1中。
如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来,透镜后焦面上将出现一系列亮线----谱线.在= 0的方向上可以观察到零级谱线,其他级数的谱线对称分布在零级两侧.
【实验内容与步骤】
测量氦灯光经过光栅衍射后各个谱线的衍射角度，求出光栅的光栅常数。
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。
衍射光栅实验原理
衍射光栅实验原理
衍射光栅实验原理:
光栅是一种具有定期的平行条纹结构的光学元件。
它可以用于分离和测量光谱，或者用于产生干涉和衍射效应。
衍射光栅实验是一种常见的光学实验，利用光栅的衍射原理来观察和测量光的特性。
光栅的结构是由等距并列的透明线条和不透明间隔组成。
当平行的光线通过光栅时，由于光的波动性质，光线会发生衍射现象。
根据衍射公式，通过光栅的入射光线会发生衍射，形成一系列交替的明暗条纹，称为衍射条纹。
衍射条纹的特征与光栅的参数和入射光的波长有关。
在实验中，将光栅固定在一个支架上，同时保持光源和光屏的位置不变。
通过光栅的透射或反射，观察到的衍射条纹可以用来测量入射光的波长、光栅的线数和光栅的常数等物理量。
测量入射光的波长时，根据衍射条纹的角度和光栅的常数可以使用衍射公式进行计算。
而测量光栅的线数和常数时，可以通过测量衍射条纹的间距并结合光栅的尺寸来计算得出。
衍射光栅实验不仅可以用于测量光的波长和光栅的参数，还可以用于研究光的衍射和干涉现象。
通过观察和分析衍射条纹的形态和分布，可以得出光的波动性质和光学现象的规律。
总之，衍射光栅实验通过衍射现象的观察和测量，可以探索和理解光的特性和行为，是光学研究中常用的实验方法之一。
实验五 衍射光栅测定光波波长
实验五衍射光栅测定光波波长一、实验目的1、进一步熟悉分光计的调节和使用；2、通过分光计观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律，并测定光栅常数和光波波长。
二、实验原理根据夫琅禾费衍射理论，当一束波长为λ的平行光垂直投射到光栅平面时，光波将在每个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。
若在光栅后面放置一个汇聚透镜，则在各个方向上的衍射光经过汇聚透镜后都汇聚在它的焦平面上，得到的衍射光的干涉条纹根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（k=1，2，3，…）（1）或上式称为光栅方程，式中是相邻两狭缝之间的距离，称为光栅常数，λ为入射光的波长，k为明条纹的级数，是k级明条纹的衍射角，在衍射角方向上的光干涉加强，其它方向上的光干涉相消。
当入射平行光不与光栅平面垂直时，光栅方程应写为（k=1，2，3，…）（2）式中i是入射光与光栅平面法线的夹角。
所以实验中一定要保证入射光垂直入射。
如果入射光不是单色光，而是包含几种不同波长的光，则由式（1）可以看出，在中央明条纹处（k=0、=0），各单色光的中央明条纹重叠在一起。
除零级条纹外，对于其他的同级谱线，因各单色光的波长λ不同，其衍射角也各不相同，于是复色入射光将被分解为单色光，如图1所示。
因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线，称为光栅的衍射光谱。
相同k值谱线组成的光谱就称为k级光谱。
由此可以看出，光栅光谱与棱镜光谱的重要区别，就在于光栅光谱一般有许多级，而棱镜光谱只有一级。
若已知某单色光的波长为λ，用分光计测出k级光谱中该色条纹的衍射角，即可算出光栅常数d。
如果已知光栅常数d，用分光计测出k级光谱中某一条纹的衍射角，按（1）式即可算出该条纹所对应的单色光的波长λ；二、实验仪器JJY型分光计，汞灯，平面透射光栅，平面镜三、实验内容1、调整分光计为满足平行光入射的条件及衍射角的准确测量，分光计的调整必须满足下述要求：平行光管发出平行光，望远镜聚焦于无穷远，即适合于观察平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计的转轴（详细的调整方法参见其它实验）。
衍射光栅实验原理
衍射光栅实验原理衍射光栅实验是一种用来研究光的衍射现象的实验方法，通过衍射光栅实验可以更深入地了解光的特性和行为。
在这个实验中，我们将介绍衍射光栅的基本原理，实验装置和实验步骤，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一实验方法。
衍射光栅的基本原理是利用光的波动性质，当光线通过光栅时，会发生衍射现象。
光栅是一种具有周期性透明条纹的光学元件，当光线通过光栅时，会发生衍射现象，产生一系列衍射光条纹。
这些衍射光条纹的位置和强度可以提供有关光波长和光栅参数的信息。
在衍射光栅实验中，我们通常使用一束单色光照射到光栅上，观察衍射光条纹的分布规律。
通过测量和分析衍射光条纹的位置和强度，可以确定光的波长和光栅的参数，从而进一步研究光的性质和行为。
实验装置通常包括光源、准直器、光栅、望远镜等组件。
首先，我们需要调节光源和准直器，使得光线尽可能平行和均匀。
然后将光线照射到光栅上，观察和记录衍射光条纹的分布情况。
最后，通过测量和分析衍射光条纹的位置和强度，可以得到所需的实验数据。
在进行衍射光栅实验时，需要注意以下几点。
首先，要保证实验装置的稳定性和精度，避免外界因素对实验结果的影响。
其次，要注意光源的选择和调节，以保证实验的准确性和可靠性。
最后，要认真记录实验数据，并进行合理的数据处理和分析，得出准确的实验结论。
总之，衍射光栅实验是一种重要的光学实验方法，通过这一实验可以更深入地了解光的衍射现象和光栅的特性。
希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地理解衍射光栅实验的原理和方法，提高实验操作的技能和水平。
同时，也希望大家能够对光学实验有更深入的了解和认识，为今后的学习和研究打下良好的基础。
衍射光栅实验
1狭缝体锁紧螺钉：2狭缝体锁紧螺钉：3狭缝宽度调疔手轮：4狭缝体高低调肖手轮: 5平行光管部件；6平行光管水平调节螺钉：7载物台：8载物台调平螺钉；9望远镜部件: 10望远镜水平调节螺钉：11目镜组锁紧螺钉：12目镜组：13目镜调廿手轮：14望远镜光 轴高低调节螺钉；15支臂：16望远镜微调螺钉：17转座；18度盘止动螺钉：19载物台锁 紧螺钉；20制动架：21望远镜止动螺钉；22度盘；23底座；24立柱：25游标盘微调手轮: 26游标盘止动螺钉。
分光计的种类繁多，但构造基本相同。
分光计主要由望远镜、平行光管、载物台、光 学游标刻度盘四部分组成，其外形如图1所示。
分光计的下部是金属底座，底座中央装有竖直的固立轴，望远镜、载物台、主刻度盘 和游标刻度盘都可绕这一固左竖轴旋转，此轴为分光计主轴（中心轴）。
（1）望远镜 它由物镜、阿贝目镜、分划板三部分组成。
分划板上刻有双十字准线 （“丰”），在分划板的右下方紧贴一块45。
全反射小三棱镜，苴表面涂不透明薄膜，薄膜上刻 有一个空心十字透光窗口，反射棱镜另一光学面上涂有绿色，当小电珠光从管侧射入后成为 绿色。
调右目镜前后位置，在望远镜视场中可见淸晰的准线像。
若在物镜前放一平面镜，前 后调节目镜（连同分划板一起）与物镜的距离，使分划板（空心绿十字窗口）处于物镜焦平 面上，小电珠照亮空心绿十字窗口的光经物镜后成平行光射在平而镜上，从平而镜反射经物 镜在分划板上形成十字窗口的像。
若平而镜与望远镜光轴垂直，此像将落在准线上方的交叉图2 阿贝目镜望远镜调节目镜调节手轮（13）,可改变目镜与分划板的距离，使准线调盯淸楚。
松开望远镜水平调节螺钉（10）可改变分划板到物镜的距离，使平而镜反射回来的十字像调肖淸楚。
调 节螺钉（14）可改变望远镜光轴的倾斜度。
放松螺钉（21）,望远镜可自由转动：旋紧它， 望远镜就不能转动，但此时可通过微调螺钉（16）使望远镜左右微动。
注意：转动望远镜时, 不要握住望远镜筒转动。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告衍射光栅实验报告引言：光学是一门研究光的传播和相互作用的学科，而衍射光栅则是光学实验中常用的工具之一。
本次实验旨在通过对衍射光栅的实际操作和观察，深入了解光的衍射现象，并探究衍射光栅的原理和应用。
一、实验目的通过实验观察和测量，了解衍射光栅的基本原理和特点，掌握测量衍射光栅的光谱特性的方法。
二、实验仪器与材料1. 光源：激光器2. 衍射光栅：具有一定间距的平行刻痕的透明或不透明薄片3. 准直仪：用于准直光线4. 接收屏：用于接收光的衍射图样5. 光电探测器：用于测量光的强度三、实验步骤1. 将光源与准直仪对准，使光线尽可能平行。
2. 调整准直仪，使光线通过衍射光栅。
3. 将接收屏放置在合适的位置，接收衍射图样。
4. 使用光电探测器测量光的强度。
四、实验结果与分析在实验中，我们观察到了衍射光栅产生的光的衍射图样。
通过调整光源与准直仪的位置，我们可以改变光线的入射角度，从而改变衍射图样的形状和位置。
当光线垂直入射时，衍射图样呈现出均匀的等间距光斑，这是由于衍射光栅的平行刻痕使入射光经过衍射后形成了一系列亮暗交替的光斑。
通过测量光的强度，我们可以进一步研究衍射光栅的特性。
实验中，我们使用光电探测器测量了不同位置的光强度，并绘制了光强度与位置的关系曲线。
通过分析曲线，我们可以得到衍射光栅的衍射效率和衍射角度等参数。
这些参数对于进一步研究光的衍射现象和应用衍射光栅具有重要意义。
五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了衍射光栅的原理和特点。
衍射光栅作为一种常用的光学元件，广泛应用于光谱分析、光学测量和光学通信等领域。
实验结果表明，衍射光栅能够将入射光分散成一系列亮暗交替的光斑，通过测量光的强度可以进一步研究衍射光栅的性能。
六、实验总结本次实验通过对衍射光栅的实际操作和观察，加深了我们对光的衍射现象的理解。
同时，实验还展示了光学实验中常用的测量方法和仪器。
通过实验，我们不仅掌握了实验操作技巧，还学到了光学实验的基本原理和方法。
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实验9 衍射光栅
衍射光栅是一种重要的分光元件。
入射光在光栅上发生衍射，不同波长的光被分开。
利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪在研究谱线结构、谱线的波长和强度进而研究物质的结构，做定量分析等，在科研和生产中已被广泛应用。
晶体的点阵结构是一种三维光栅，x 射线在晶体上的衍射是研究晶体结构和测量x 射线波长的有力工具。
两片透明光栅叠置并使它们的栅线成小夹角，产生的莫尔条纹可用来测量长度和角度的微小变化，莫尔技术已在机械、光学、电子、集成电路加工中用于精确定位、对接、导向等。
实验目的和学习要求
1. 进一步掌握分光计的调整方法和被测光学元件的调整方法。
2. 用已知波长的单色光（已知谱线）测定光栅常数。
3. 用已知光栅常数的光栅测量未知谱线的波长。
4. 掌握光栅常数、色散率和分辨本领等光栅特性参数的基本概念和测量方法。
实验原理
光栅上的刻痕起着不透光的作用。
一理想的光栅可看作是许多平行的、等距离的和等宽的狭缝。
刻痕间的距离称为光栅常数。
1. 光栅公式和用光栅测光波的波长。
(1) 光栅公式 如图9-1，单色平行光垂直入射到光栅上时，在每一个狭缝发生衍射向各个方向传播，这些光是相干的，用透镜L 会聚后叠加，在焦平面M 上形成一系列间距不等的明亮条纹。
用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着透镜L 的作用。
相邻两缝发出的光会聚到屏幕上P
点时的光程差为
9-1
在P 点发生相长干涉产生明纹的条件是
δ = k λ (k = 0, ± 1, ± 2 …) 9-2
比较式9-1和9-2，得到各级明纹和所对应的ϕ角有如下关系：
= k λ (k = 0, ± 1, ± 2 …) 9-3 其中d = a + b ，称为光栅常数。
λ为入射光的波长，k 为明条纹（光谱线）的级次，是第k 级明纹的衍射角。
(2) 讨论
对应于k = 0的明纹，称为零级谱线，是透镜焦平面M 上通过透镜光轴与M 交点
图9-1 光栅衍射
O点的一条亮线，与光栅狭缝方向平行。
在零级谱线两侧，满足kλ的那些
的方向上，依次为±1级、±2级……谱线。
②如果入射光是复色光，由9-3式可以看出对于同一级谱线（例如k= 1），由于波长λ不同，衍射角也各不相同，于是不同波长的谱线就被分开，按照波长从小到大依次
排列，成为一组彩色的条纹，这就是光谱，这种现象称为色散。
显然零级衍射不发生色散，各色光仍旧重叠在一起(图9-2)。
图9-2 光栅衍射光谱示意图
③根据上述讨论，我们用分光计测得第k级谱线的衍射角后，若给定入射光的波长
λ，便可用公式9-1求出光栅常数d；反之，若已知光栅常数d，又可求出入射光的波长λ。
2. 光栅色散本领
用光栅作色散元件时，关心的问题是：对具一定波长差Δλ的两条谱线，其角间隔Δϕ或在屏幕上的间距Δl有多大。
通常用角色散率或线色散率表示光栅对不同波长的谱线分开
的程度。
波长相差1的两条谱线之间的角距离称角色散率。
由定义得角色散率
将光栅方程（9-3）式两边微分，得到
则=9-4 同样可得线色散率
9-5
式中f为透镜焦距。
色散率是光栅的一个重要指标，它与光栅常数d成反比，与级数k成正比，角色散率愈大，就愈容易将两条很靠近的谱线分开。
实际上，光栅常数d很小，所以光栅具有较大的色散本领，是良好的色散元件。
3. 光栅的分辨本领
分辨本领R定义为两条刚可被分开的谱线的波长差除该波长λ。
即
9-6
谱线可规定为：其中一根谱线的极强应落
在另一根谱线的极弱上，如图9-3所示，
由此条件可推知，光栅的分辨本领：
R=kN 9-7
式中N是光栅的总刻痕数。
因为级数不会
高，所以光栅的分辨本领主要决定于狭缝
数目N。
(a)不可分辨(b)恰可以分辨(c)可以分辨
图9-3 恰能分辨的判别准则
可见提高光栅分辨本领的有效途径是增加光栅的总线数N，也就是增加光栅的总宽度Nd（同时必须相应增大平行光管和望远镜物镜的口径）。
仪器用具
汞灯、平面镜、光栅、分光计
光学元件介绍
狭义来说，平行、等宽、等间距的多狭缝即为衍射光栅；在广义上，任何装置只要能起等宽而又等间隔的分割波阵面的作用，均为光栅。
由光栅公式9-3可知，色散发生在k≠0的各级衍射，当然，一块由多缝组成的光栅(称为透射光栅)，无色散的零级是各狭缝的衍射主最大，它占去了入射光的很大能量，各级光谱光强很小，高级次光强更弱，这是透射光栅的主要缺点。
现代制造用于光谱研究的光栅，主要有三种方法：
1. 刻划光栅
用钻石刀在一块平面玻璃上划出一道道刻痕，刻槽把光散射，产生不透明效果，未刻划部分能像缝一样透光。
更常用的是在铝表面上刻成阶梯状斜面构成反射光栅（即闪耀光栅）。
实际光栅的刻痕与理论的等间距有若干误差，刻痕误差可分为三类：
(1) 毫无规律的误差，使光谱产生杂散光背景；
(2) 误差在某一个方向上连续增加，使平行光在衍射后稍有发散或会聚，不再平行；
(3) 误差呈周期性，使应有的谱线附近出现一些较弱的亮线，称为伪线或鬼线。
2. 复制光栅
在铝面闪耀光栅面上先蒸一层硅油，再渡一层SiO 2，接着镀一层铝，然后由镀膜机中取出，于是上面涂一层树脂；另在面形基本平整的玻璃基坯上先涂一层极薄的树脂，以两者的树脂面粘合夹牢，放入烘箱加温固化，最后沿斜刻面方向敲击，将自硅油面脱开，而成为玻基板的铝板金属刻栅并镀有SiO 2保护膜的复制闪耀光栅。
3. 全息光栅：
在面形平整度达/10的玻璃基坯表面涂上超微粒感光乳剂，然后置于激光双光束干涉场内曝光，经显影与处理，再镀以保护膜，即得光栅。
全息光栅是对等间距干涉条纹处理加工得到，所以没有刻痕误差的鬼线。
但其衍射效率一般不如刻划光栅或复制光栅。
实验内容及操作步骤
1. 调整分光计
按实验7标题“分光计的调整”所述要求及步骤调整好分光计。
2. 放置并调整光栅
注意到光栅公式9-3是在平行光束垂直入射到光栅的条件下推导出来的，所以实验时，光栅表面必须垂直于平行光管光轴；测量是在度盘上读数，所以衍射应发生在与度盘平行的平面内，即调整光栅使光谱在平行于水平叉丝的方向上展开。
按图9-5把光栅放到载物台上，并用弹簧片压住。
(1) 调节光栅平面垂直于望远镜光轴。
转动载物台以光栅 表面为反射镜找到反射的绿十字像，调节螺钉B 1 (或B 3)使绿十字像与
分划板上方十字叉丝重合。
① 光栅表面的反射率远低于镜面，所以反射的绿十字像光强很弱，寻找起来也较困难。
② 能否用半调法，即望远镜俯仰螺钉11和B 1 (或B 3)各调一半？为什么？
(2) 调节光栅使色散方向平行于度盘。
固定载物台及游标刻度盘，左右转动望远镜认识0级、±1级、±2级光谱，比较左、右两侧谱线的高低，调节B 2，使各谱线等高。
① 为什么各谱线一样高就表明色散方向平行于度盘？此时光栅刻线方向怎样？
② ±2级谱线光谱较弱，要仔细观察。
(3) 调节零级谱线、光栅表面反射的绿十字的纵线、竖直叉丝三线重合。
① 调节望远镜微调螺丝13使零级谱线与分划板竖直叉丝重合。
② 调节螺丝18微微转动载物台，使绿色十字像也与分划板竖直叉丝重合。
图9-5 光栅的放置
至此，光栅调节的两个要求都已达到，调整完毕。
3. 测量汞灯光谱的绿色谱线和两条黄色谱线的衍射角。
4. 要求：
每组测量需确认“三线重合”，并记录零级谱线位置，以验证±1级谱线是否对称（要求±1级谱线衍射角之差≤4'）。
5. 观察内容
将三棱镜置于载物台上，观察汞灯光谱。
比较光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处。
注意事项
1. 光栅是精密光学元件，严禁用手触摸光学表面，不得擦拭其表面，以免弄脏或损坏。
轻拿轻放，严防跌落摔坏。
2. 汞灯紫外光较强，不要直视，以免灼伤眼睛。
3. 汞灯在关闭后不能立即打开，要等灯管温度下降后，水银蒸汽降到一定程度才能重新点燃，一般约需等10分钟，否则易损坏汞灯。
数据处理
1. 已知汞光谱中绿光波长=546.0740，根据测出的，计算光栅常数d。
并计算光栅常数d的不确定度。
2. 计算和，并令，，由此计算光栅的角色本领。
3. 本实验中平行光管物镜口径D=22，可认为光栅实际被利用的宽度是20。
由此算出一级光谱的光栅分辨本领。
思考题
1. 利用钠光（波长钠米）垂直入射到一毫米有500条刻痕的平面透射光栅
上时，试问最多能看到第几级光谱？并说明理由。
2. 按图9-4放置光栅有什么好处？
3. 如果光线不是垂直入射光栅面，看到什么现象？如何调整？
4. 试述光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处。