光栅特性的研究
布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究
布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究随着科技的发展，光纤传感技术在各个领域中得到了广泛应用。
光纤光栅作为一种重要的光纤传感元件，具有较好的实时性、远距离传输能力和高灵敏度等优点，在医学、工程、环境监测等领域中具有广泛的应用前景。
本文将对布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅及其传感特性进行研究探讨。
首先，我们来了解布拉格光纤光栅。
布拉格光纤光栅由一种周期性的折射率变化构成，可以将输入的连续光信号分成几个离散的波长成分。
通过调控光纤光栅的参数，如折射率调制和周期调制，可以实现对光信号的各种参数的测量。
布拉格光纤光栅传感器的工作原理是利用光纤光栅对周围环境参数的敏感性，通过监测光纤中散射光的强度变化来获得环境参数的相关信息。
布拉格光纤光栅的传感特性主要包括灵敏度、选择性和可靠性。
灵敏度是指传感器对测量目标的响应能力，通过优化光纤光栅结构可以提高传感器的灵敏度。
选择性是指传感器对目标参数的独立测量能力，通过优化光纤光栅的周期和谐振峰可以实现对不同目标参数的选择性测量。
可靠性是指传感器的稳定性和重复性，通过合理选择光纤材料和加工工艺可以提高传感器的可靠性。
接下来，我们来了解长周期光纤光栅。
长周期光纤光栅是一种周期大于波长的光纤光栅，其中周期通常为微米或毫米量级。
长周期光纤光栅的传感特性与布拉格光纤光栅有所不同。
长周期光纤光栅主要应用于抑制或增强特定频率的光信号，具有压力、温度和湿度等参数的敏感性。
长周期光纤光栅的传感特性主要包括增强系数、复合增强系数和等效折射率。
通过调节长周期光纤光栅的参数，如周期、长度和材料等，可以实现对光信号的不同频率成分的调制和增强或抑制。
最后，我们来探讨布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅在传感领域的应用。
布拉格光纤光栅主要应用于光纤传感器、光纤通信和光纤激光等领域。
在光纤传感器领域，布拉格光纤光栅可以实现对温度、压力、应变、湿度等参数的实时测量。
在光纤通信领域，布拉格光纤光栅可以实现光纤传感器的远距离传输和分布式传感。
光栅特性研究
望远镜支架 望远镜水平调节螺钉
调节 载物盘水平调节螺钉
①
④ 松开望远镜锁紧螺钉
载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例
平面镜两侧面的反射像同时位于
d
d
或
时，只需调节载物盘的 水平调节螺钉
平面镜两侧面的反射像分别位于
d d
和
时，只需调节望远镜的 俯仰调节螺钉
2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远
⑵
⑶
⑴
反射像 叉丝像 透光窗 伸缩目镜筒
表1：透射光栅常数的测量
绿 546.1 nm
衍射-1级 次数 1 2 3 4 左端读数 衍射+1级
1
右端读数 2
左端读数 1
右端读数
2
5
6 平均
实验数据（汞灯光谱分析）
1数据记录
自拟数据记录表格。
测出汞灯各谱线的k =±1、 ±2的衍射角，计 算各谱线波长及百分误差。
表2：汞灯光谱的研究
a
b
d
f
k----------第级衍射角
----
如果已知光栅常数d，用分光计测出k级谱线
对应的衍射角k，则可求出该谱线对应的入射光
波长;若已知入射光的波长,则反过来可求光栅
常数d 。
仪器及调整
分光计一台 光源(汞灯)一个
平面反射镜一块
衍射光栅一块.
分光计介绍
分光计（又名分光测角仪）是用来精确 测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪 器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、 光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是
实验目的
1 ．熟悉分光计的调整和应用； 2．了解光栅分光的特点;
3．学会用光栅测定光栅常数的方法。
光栅布拉格光栅及其传感特性研究
光栅布拉格光栅及其传感特性研究2一光纤光栅概述21.1 光纤光栅的耦合模理论21.2 光纤光栅的类型31.2.1 均匀周期光纤布拉格光栅31.2.2 线性啁啾光纤光栅31.2.3 切趾光纤光栅31.2.4 闪耀光纤光栅41.2.5 相移光纤光栅41.2.6 超结构光纤光栅41.2.7 长周期光纤光栅4二光纤布拉格光栅传感器52.1 光纤布拉格光栅应力传感器52.2 光纤布拉格光栅温度传感器62.3 光纤布拉格光栅压力传感器62.4 基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7三光纤光栅传感器的敏化与封装103.1 光纤光栅传感器的温度敏化103.2 光纤光栅传感器的应力敏化103.2 光纤光栅传感器的交叉敏感及其解决方法10四光纤光栅传感网络与复用技术104.1 光纤光栅传感网络常用的波分复用技术114.1.1 基于波长扫描法的波分复用技术124.1.2 基于波长分离法的波分复用技术134.1.3 基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术134.1.4 基于码分多址(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术144.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术144.3光纤光栅传感网络常用的时分复用技术164.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术184.4.1 光纤光栅传感副载波频分复用技术184.4.2 FBG传感网络的光频域反射复用技术184.5 光纤光栅传感网络的相干复用技术184.6 混合复用FBG传感网络184.6.1 WDM/TDM混合FBG网络184.6.2 SDM/WDM混合FBG网络184.6.3 SDM/TDM混合FBG网络184.6.4 SDM/WDM/TDM混和FBG网络184.6.5 光频域反射复用/波分复用混合FBG传感网络18五光栅光栅传感信号的解调方法18六激光传感器18光栅布拉格光栅及其传感特性研究一 光纤光栅概述1.1 光纤光栅的耦合模理论光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件下、不同类型的光纤可产生多种不同的折射率分布的光纤光栅。
光栅实验方法与注意事项
光栅实验方法与注意事项引言光栅实验是一种常见的光学实验，通过光的衍射和干涉现象，研究光的波动性质并测量物体的参数。
本文将介绍光栅实验的方法与注意事项，为实验者提供一定的指导和帮助。
一、光栅实验方法1. 实验器材准备在进行光栅实验之前，需要准备一些必要的器材。
首先，我们需要一块光栅，常见的有折射光栅和反射光栅两种。
其次，需要一束单色光，可以通过光源和光滤波器来获得。
最后，还需要一个光学仪器，例如光学平台和望远镜，用于实验测量。
2. 实验操作步骤（1）搭建实验平台：将光栅放置在光学平台上，并确保其垂直于光路。
（2）调节光源和光滤波器：使用光源和光滤波器来获得与光栅实验所需的单色光。
（3）调整入射角和出射角：使用望远镜观察光栅，通过调整入射角和出射角，使得观察到的干涉条纹清晰可见。
（4）测量光栅常数：通过观察干涉条纹的间距，可以计算出光栅的常数，即每个光栅带的宽度。
3. 实验数据处理在实验中，我们可以通过测量光栅条纹的位置和数量来获取相关的数据。
然后，根据光栅的常数和入射角度，可以计算出相关的参数，如波长、入射角和出射角等。
二、光栅实验注意事项1. 实验环境控制光栅实验对实验环境要求较高，需要尽量保持实验室的安静和稳定。
特别是在光源的选择上，应避免使用强光源，避免室内的干扰光线对实验结果的影响。
2. 光栅处理在操作光栅时要小心轻放，避免划伤或损坏。
使用前应检查光栅的表面是否清洁，以确保实验结果的准确性。
3. 入射角度控制光栅实验的测量精度与入射角度直接相关，因此在实验中要特别注意控制入射角度的精确度。
可以使用望远镜等辅助工具来帮助调节和测量入射角度。
4. 数据采集与处理在进行实验数据采集时，要重复测量多次以提高测量的准确性和可靠性。
同时，对于测量数据的处理，应注意采用适当的数据处理方法，例如平均值、标准差等，以减小误差和提高结果的可信度。
结论光栅实验是一种探究光的波动性质的重要实验方法。
通过合理的实验操作步骤和注意事项，可以获得准确可靠的实验结果。
光栅的制作及其衍射特性研究
光栅的制作及其衍射特性的研究实验原理1.光的干涉原理当两束相干的平面波以一定的角度相遇时，在他们相遇的区域内便会产生干涉，其干涉图样在某一平面内是一系列平行等距的干涉条纹，其强度分布则是按余弦规律而变化，即干涉图样的强度分布是121212I =I I 2cos()A A ϕϕ++-（1）式中的211I A =、222I A =，1A 、2A 是两列平面波的振幅，1ϕ、2ϕ是对应的空间相位函数。
当两束相干光的相位差为π2的整数倍时，即 122n ϕϕπ-=012n =±±、、……（1）式便描述了两束相干光干涉所形成的峰值强度面的轨迹，如图1所示。
若能用记录介质将此干涉图样记录下来并经过适当处理，则就获得了一块全息光栅。
1. 全息光栅基本参数的控制(1) 全息光栅空间频率（周期）的控制如图2所示，波长为λ的Ⅰ、Ⅱ两束相干光与P 平面法线的夹角分别为1θ和2θ， 它们之间的夹角为22θθθ+=。
这两束相干的平行光相干叠加时所产生的干涉图样是平行等距的、明暗相间的直条纹，条纹的间距d 可由下式决定：)(21cos )(21sin 21sin sin 212121θθθθθθλ-+=-=d （2）当两束对称入射,即12=/2θθθ=时2sin2θλ=d （3）当θ很小时有/d λθ=（4）若所制光栅的空间频率较低时，两光束的之间的夹角不大，就可以根据（4）式估算光栅的空间频率。
具体做办法是：把透镜L 放在Ⅰ、Ⅱ两光束的重合区，则两光束在透镜后焦面上会聚成两个亮点，若两个亮点之间的距离为X ，透镜的焦距为f ，则有0/X f θ=（5）将（5）带入（4）式得到图1两束平行相遇所形成的干涉/d f X λ=（6）即光栅的空间频率为01//v d X f λ==如图2所示，将白屏P 放在透镜L 的后焦面上，根据亮点的距离0X 估算光栅的空间频率v0X f vλ=（7）(2) 全息光栅的槽形控制由于全息光栅是通过记录相干光场的干涉图形而制成的，因此，其光栅的周期结构与两个因素有关：干涉图样的本身周期结构；记录干涉图样的条件。
光栅实验报告
光栅实验报告光栅实验是一种基本的物理实验，通过光栅的衍射现象探究光的性质和特征。
在实验中，我们使用了一条干净的光源，将光线照射到光栅上，探究光的折射、绕射和干涉等现象。
在实验过程中，我们还需要利用光学仪器测量和分析光的波长、能量等参数，以便更好地了解光的本质和光学原理。
实验仪器和条件在本次实验中，我们使用了一台JY-5600型光栅衍射仪、一条600线/mm的反射光栅和一个光源（高压汞灯），以及一些辅助仪器和工具。
实验条件包括光源的亮度、光栅的朝向和角度、光线的入射角度等。
我们需要根据实验要求进行调整和设置，以保证实验的准确性和可靠性。
实验步骤和结果在实验中，我们首先需要进行光源的调整和衍射图案的观察。
通过在光栅前放置一个白色纸片，我们可以清楚地看到光栅衍射出来的彩虹色条纹，并用笔标记出它们的位置和形状。
接下来，我们可以使用衍射仪上的尺子测量出光栅与光线的夹角，以及各条谱线的位置和角度。
通过这些数据，我们可以计算出光的波长和能量等参数，进一步分析光的特征和性质。
在实验中，我们还需要注意到光的偏振和颜色等方面的变化。
在不同的角度和位置下，我们可以观察到光线的颜色和强度有所不同，说明光的折射和绕射效应随着入射角度的变化而变化。
同样地，我们也可以通过改变光的偏振角度来研究偏振光的传播方式和特征。
这些分析可以帮助我们更好地理解光的本质和光学原理。
实验误差和改进在实际实验中，我们也会遇到一些误差和问题。
例如，光源的稳定性和光栅的质量会影响衍射效果和测量结果。
此外，光线的入射角度和路径也会受到环境和仪器条件的影响，需要进行精细的调整和测量。
为了减小这些误差，我们可以采取一些改进措施，例如使用更好的光源和光栅材料、优化仪器设计和测量方法等等。
我们还可以多次重复实验，取平均值和做数据处理，提高实验结果的可靠性。
总结光栅实验是一门精密而有趣的物理实验，它深化了我们对光学基本原理和光的特征的认识，提高了我们的实验能力和科学素养。
《光子晶体光纤光栅折射率传感特性的研究》范文
《光子晶体光纤光栅折射率传感特性的研究》篇一一、引言随着现代科技的不断发展，光子晶体光纤（PCF）因其独特的物理和光学特性，在传感器技术领域得到了广泛的应用。
其中，光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating）作为一种重要的光学元件，具有高灵敏度、高分辨率以及良好的稳定性等优点，被广泛应用于折射率传感领域。
本文旨在研究光子晶体光纤光栅的折射率传感特性，为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、光子晶体光纤与光栅原理1. 光子晶体光纤（PCF）原理光子晶体光纤是一种基于光子晶体原理的光纤，其内部结构具有周期性排列的微结构。
这种结构使得光子晶体光纤在光传输过程中具有较低的损耗和较强的约束能力，可有效控制光的传播方向和模式。
2. 光栅原理光栅是一种具有周期性结构的衍射元件，其作用是将入射光束分解成多束衍射光束。
在光子晶体光纤中引入光栅结构，可形成光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating），其具有对特定波长或波长范围的光束进行选择性衍射的能力。
三、PCF-Bragg Grating折射率传感特性研究1. 实验原理与方法本研究采用PCF-Bragg Grating作为传感器元件，通过测量衍射光谱的变化来反映外界折射率的变化。
实验中，我们使用不同浓度的溶液作为折射率变化的介质，将PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中，观察其衍射光谱的变化情况。
同时，我们还采用光谱仪等设备对衍射光谱进行精确测量和分析。
2. 实验结果与分析实验结果表明，当PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中时，其衍射光谱发生了明显的变化。
随着溶液浓度的增加，衍射光谱的峰值波长逐渐发生红移或蓝移。
这一现象表明PCF-Bragg Grating的折射率传感特性具有良好的灵敏度和分辨率。
此外，我们还发现PCF-Bragg Grating的稳定性较好，能够在不同环境下保持较高的测量精度和可靠性。
为了进一步分析PCF-Bragg Grating的折射率传感特性，我们采用了多种数学方法对实验数据进行处理和分析。
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究1光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究随着通信技术的不断发展，人们对高速、宽带、低衰减的光纤通信系统的需求越来越强烈。
在新型光纤通信系统中，光纤布拉格光栅逐渐成为一种广泛应用的光纤分布式传感技术。
本文将分析光纤布拉格光栅的传输特性，并通过实验验证分析结果的准确性。
光纤布拉格光栅是一种基于光纤中的光学衍射现象的光学器件。
在光纤中加入一定周期的光折射率折变结构，就能形成光纤布拉格光栅。
在光纤中传输的光波，经过布拉格光栅时，会出现衍射现象，产生反射、透射和反向散射，这些效应是产生传输特性的基础。
光纤布拉格光栅的传输特性主要表现在其反射光频谱和传输带宽两个方面。
反射光频谱是指光波经过光纤布拉格光栅后，由栅中反射的光波在谱域的表现。
反射光频谱可以通过反射率、衰减率、相位等参数来描述。
光纤布拉格光栅的反射带宽会随着栅体的折射率调制以及周期变化而发生变化。
而传输带宽则是指光波通过光纤布拉格光栅后的传输性能表现，其传输性能主要由栅体的反射率和传播损耗来决定。
传统的光纤布拉格光栅的制备方法主要有激光干涉、可调光束、干涉光阴影和相位掩膜等方法。
一般情况下，涉及到光纤布拉格光栅的应用，需要随时监测栅体的传输特性。
为了准确地监测光纤布拉格光栅的传输特性，通常采用光谱光学方法来进行反射光频谱的测量。
根据光谱光学方法，可以直接测量出光纤布拉格光栅的反射率和反射带宽，同时还能进一步计算出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
为了验证理论分析的正确性，本文进行了一系列光纤布拉格光栅的实验研究。
实验采用了对光纤布拉格光栅进行反射光频谱的测量，并通过计算反射光频谱的反射率和反射带宽，得出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
实验结果表明，本文理论分析的光纤布拉格光栅传输特性是可靠的，能够为光纤布拉格光栅在光纤通信系统中的应用提供有效的理论基础。
物理实验六光栅的特性分析和应用
实验六 光栅的特性分析和应用光栅是根据多缝衍射原理制成的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，同时它还具有较大的色散率和较高的分辨本领。
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、做定量分析等方面有着广泛的应用。
同样，它还广泛应用于计量、光通信、信息处理等问题之中。
【实验目的】1．熟悉分光计的使用方法。
2．观察光线通过光栅后的衍射现象及特点。
3．用透射光栅测定光栅常量、光谱线的波长。
4．学会测定光栅的另外两个特征参数；色散率、分辨本领。
【实验仪器】分光计、汞灯及光栅等。
【实验原理】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。
透射光栅是在光学玻璃片上刻划大量相互平行、宽度和间距相等的刻痕而制成的。
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，因此光栅的衍射条纹是光的衍射和干涉的综合效果。
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⋯⋯=±=2,1,0,sin K K d k λϕ （1）此式称为光栅方程，式中，d=a+b 称为光栅常数，λ为入射光波长，K 为明条纹（光谱线）级数，k ϕ是K 级明条纹的衍射角（参看图 1 ）。
如果入射光不是单色光，则由式（1）可以看出，光的波长不同，其衍射角k ϕ也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央K=0、k ϕ=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地分布着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（见图1）。
视觉光栅光栅实验报告
视觉光栅光栅实验报告了解光栅的工作原理，通过实验研究光栅的特性，验证理论课程中的知识，并掌握光栅的使用和调整技巧。
实验原理：光栅是一种用来分析和处理光信号的仪器。
它由许多等间距、等宽度的透明条纹或不透明条纹组成。
当平行入射的平面波通过光栅时，光栅将波分割成一系列夫琅禾费衍射波，这些波的方向和强度由光栅的几何结构决定。
光栅的主要参数有栅常D和栅间隔d，其中栅常D是指相邻两个栅元之间的距离，栅间隔d为相邻两个透射或不透射区的距离。
光栅的夫琅禾费衍射公式为n λ= d\sinθ，其中λ为入射光波长，θ为衍射角。
实验装置与步骤：实验装置主要由光源、准直透镜、可调光栅、屏幕、标尺和测角器组成。
1. 将准直透镜放在光源的后面，调节透镜使光线保持准直。
2. 将可调光栅放在透镜后方，调节光栅的位置，使光线垂直射到光栅上。
3. 在光栅后方放置屏幕，调整屏幕位置，使得夫琅禾费衍射的条纹清晰可见。
4. 使用标尺测量光栅与屏幕的距离，并使用测角器测量夫琅禾费衍射的衍射角。
实验结果与分析：在实验中，我们使用了可调光栅进行光栅实验。
通过调节光栅的位置和屏幕的位置，我们观察到了夫琅禾费衍射的条纹，并进行了测量。
根据实验结果，我们可以推导出光栅的栅常D和栅间隔d。
栅常D可以通过测量夫琅禾费衍射的条纹间距和入射光波长进行计算。
栅间隔d可以通过测量衍射角和入射光波长进行计算。
实验中还可以观察到光栅的色散效应。
当入射光的波长变化时，夫琅禾费衍射的条纹会发生移动，条纹的位置与入射光的波长成正比关系。
这一现象被称为光栅的色散效应。
通过实验，我们验证了理论课程中的光栅原理。
光栅能够将光波分割成一系列夫琅禾费衍射波，条纹的位置和强度由光栅的几何结构决定。
同时，实验中还加深了我们对光栅调整与应用的理解。
结论：光栅实验是一种用来研究光栅特性的实验。
通过实验，我们观察到了夫琅禾费衍射的条纹，并测量了光栅的栅常和栅间隔。
实验结果验证了光栅原理的正确性，并加深了我们对光栅的理解。
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。
光栅的特性研究
1
������������������ ������
������
紫
，λ紫Fra bibliotek，λ 紫，并与公认值比较，求出百分误差。
【数据处理与结果】 （画出数据表格、写明物理量和单位，计算结果和不确定度，写出结
果表达式。注意作图要用坐标纸）
实验数据记录表： Wavelength Kind of light Green Test 1 546.1nm Green Test 2 Green Test 3 435.8nm 577.0nm 579.1nm Purple Light Yellow Inside Yellow Outside S1 156°05′ 155°55′ 155°53′ 157°49′ 155°55′ 155°50′ S1‘ 174°41′ 174°41′ 174°45′ 172°47′ 175°44′ 175°47′ S2 336°05′ 335°56′ 335°23′ 337°49′ 335°55′ 335°50′ S2’ 354°44′ 354°44′ 354°46′ 352°47′ 355°44′ 355°47′ Θ 9°19′ 9°44′ 9°54′ 7°49′ 9°95′ 9°99′
【注意事项】
1）分光计必须按操作规程正确使用。 2）光栅是易碎、易损元件，必须轻拿轻放，不能用手指捏光栅面，只能拿支架。
【实验内容】
1.分光计调整与汞灯衍射光谱观察 （1）调整分光计。 按要求调整好分光计 （2）调整光栅 1）使光栅平面垂直于平行光管光轴。将光栅放置在平台上，如图所示。暂时遮挡从平行光 管来的光，从望远镜目镜里找到被光栅平面反射回来的叉丝像。转动小平台并调节 a1、a3 使光 栅前后两个面反射回来的叉丝像都能与分划板的“上十字叉丝”重合，此时光栅平面垂直于望远 镜光轴，也必然垂直于平行光管光轴。 2）使光栅狭缝平行于分光计转轴。转动望远镜，就会观察到各级光谱。调节螺钉 a2（注意 不要动 a1，a3） ，使视场 0 级亮条纹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 各个条纹的高度相同。调好后再检查光栅平面是否仍保持和转轴平行。若发生了改变，就要反复 多次调节，直到①、②的要求同时满足为止。 3）使平行光垂直入射到光栅平面上。转动望远镜，使垂直的分划线对准 0 级条纹，然后固 定望远镜。转动平台，使光栅平面反射回的叉丝像位于分划板的上方十字线位置，然后固定小平 台及与之相联的游标盘。此时平行光垂直入射到光栅平面上。 （3）调节平行光管狭缝宽度
光栅特性的研究实验报告
光栅特性的研究实验报告
《光栅特性的研究实验报告》
近年来，随着微电子和光电，尤其是随着发展速度快的光波导网络、光纤技术的研究，光栅的特性研究变得越来越重要。
本次试验旨在激励学生熟悉和理解光栅分析技术，从而探究光栅特性。
首先，将实验仪器，如电路板、光耦、光栅、示波器和电源安装在实验桌上，以及弹性端子、接地端子等连接器，按正确的接线方法接上它们，然后断电、复位设备、设定被测参数，使各设备按正确的初始状态稳定工作。
其次，设置光栅，将光栅与输出端子连接，并用函数发生器产生可编程的脉冲正弦波信号，以平均电压方式检测最高和最低波形水平之间的匹配度，并记录光栅分辨率、失真度等实验数据。
最后，用多种方法对实验数据进行数据分析，写出实验报告，得出光栅特性的结论；此外，讨论报告中相关理论模型和实验结果及其不足之处，并给出实验改进建议，以指导更有效的实验。
本次实验在一定程度上改善了学生对光栅分析技术的理解，通过艰苦的努力得出了光栅特性的研究结论，为我们后续的技术开发奠定了基础。
光栅的特性及应用
光栅的特性及应用一、光栅的基本特性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，这是光栅最为人熟知的性质，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件。
光栅的色散性能可以由光栅方程推导出来，这个问题我们将在后面作更为详细的分析，推导出光栅的广义色散公式。
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。
应用领域有光互连、光藕合、均匀照明、光通讯、光计算等。
其性能评价指标有:衍射效率、分束比、压缩比、光斑非均匀性以及光斑模式等。
目前较常用的光栅分束器有:Dammann光栅分束器、Tablot光栅分束器、相息光栅分束器、波导光栅分束器等。
另外，位相型菲涅耳透镜阵列分束器、Gbaor透镜分束器等透镜型的分束器也是相当常用的。
在标量领域范围内，光栅的偏振特性往往被忽略，因此，光栅的偏振性在以前不被人广知。
但是理论和实验都证明，一块设计合理、制作优良的光栅可以被用来做偏振器、1/2波片、1/4波片和位相补偿器等。
光栅的偏振特性需要用光栅的矢量理论才能分析得到，我们将在后面章节对光栅的偏振特性进行理论分析。
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。
根据瑞利展开式，一束平面波照射在光栅上会产生无穷多的衍射平面波，相邻衍射波的波矢沿x方向的投影之间的距离是个常数，等于光栅的波矢，即平面波可以看作是电磁波在无源、均匀媒质中的一种模式，因此光栅有能力把波矢沿着固定方向而投影相差光栅波矢整数倍的不同平面波耦合起来。
二、衍射光栅的应用衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。
1960年代以前,全息光栅,刻划光栅,作为色散元件,广泛用于摄谱仪光谱分析,是分析物质成分、探索宇宙奥秘、开发大自然的必用仪器,极大地推动了包括物理学、天文学、化学、生物学等科学的全面发展。
光栅的特性及应用
光栅的特性及应用一、光栅的基本特性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，这是光栅最为人熟知的性质，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件。
光栅的色散性能可以由光栅方程推导出来，这个问题我们将在后面作更为详细的分析，推导出光栅的广义色散公式。
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。
应用领域有光互连、光藕合、均匀照明、光通讯、光计算等。
其性能评价指标有:衍射效率、分束比、压缩比、光斑非均匀性以及光斑模式等。
目前较常用的光栅分束器有:Dammann光栅分束器、Tablot光栅分束器、相息光栅分束器、波导光栅分束器等。
另外，位相型菲涅耳透镜阵列分束器、Gbaor透镜分束器等透镜型的分束器也是相当常用的。
在标量领域范围内，光栅的偏振特性往往被忽略，因此，光栅的偏振性在以前不被人广知。
但是理论和实验都证明，一块设计合理、制作优良的光栅可以被用来做偏振器、1/2波片、1/4波片和位相补偿器等。
光栅的偏振特性需要用光栅的矢量理论才能分析得到，我们将在后面章节对光栅的偏振特性进行理论分析。
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。
根据瑞利展开式，一束平面波照射在光栅上会产生无穷多的衍射平面波，相邻衍射波的波矢沿x方向的投影之间的距离是个常数，等于光栅的波矢，即平面波可以看作是电磁波在无源、均匀媒质中的一种模式，因此光栅有能力把波矢沿着固定方向而投影相差光栅波矢整数倍的不同平面波耦合起来。
二、衍射光栅的应用衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。
1960年代以前,全息光栅,刻划光栅,作为色散元件,广泛用于摄谱仪光谱分析,是分析物质成分、探索宇宙奥秘、开发大自然的必用仪器,极大地推动了包括物理学、天文学、化学、生物学等科学的全面发展。
光栅特性的研究
结论：只有在k>0侧存在最小偏向角
三、实验原理
2、利用氢原子光谱计算里德伯常数、普朗克常数
由原子物理知识可知 巴尔末公式波数v=1/λ=RH(1/22-1/n2) ⑧
同时又氢原子跃迁是能量变化ΔE-hv=hc/λ=13.6eV(1/4-1/n2) 从而h=13.6eV(1/4-1/n2)λ/c ⑨ 氢原子在可见光范围内有红光Hα(n=3)、蓝光Hβ(n=4)、紫光Hγ(n=5) 三条谱线，有原理一的最小偏向角法可以测得它们的波长。
四、实验步骤
1.调节分光计 2.首先汞光源斜入射光栅,已知黄绿光波长，利用最小偏向 角法确定光栅常量d
3.已知光栅常量d,利用最小偏向角测未知光波波长
4.研究法线左右两侧光谱的非对称分布规律：固定入射角 情况下，测量k=1,-1范围内不同颜色光谱线的衍射角，并 绘制λ—θ或 θ—λ图，观察分布规律。 5.通过观察氢灯巴尔末系光谱，利用最小偏向角法测量三 条谱线的波长λ，并计算普朗克常数和里德伯常数。
光栅特性研究实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅特性研究实验报告篇一：光栅特性及光谱波长的测量中国地质大学（武汉）实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：光栅特性及光谱波长的测量学院：数学与物理学院班号：组号：组员：指导老师：1实验地点：光栅特性及光谱波长的测量一、实验目的1.了解光栅的主要特性2.测量实验所用光栅常数3.测量汞灯的谱线波长4.测量氢灯的谱线波长二、实验原理光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，它可以把入射光中不同波长的光分开。
利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用。
衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，我们实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多，排列紧密均匀的平行狭缝目极多，排列紧密均匀的平行狭缝。
根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0,±1,±2,±3,222222)d-----光栅常数θ-----衍射角λ-------单色光波长由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。
除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790A0）对准该谱线的某级亮纹(例如K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈y，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。
本实验采用d=1/1000厘米的光栅。
相反，若将所求得的光栅常数d，并对绿光进行观察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y，代入公式，又可求出λg。
同理，可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。
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，其夫朗和费衍射主极大由下式决定：dsinΦ=mλ(9—1)式中：光栅常数d=a+bθ：衍射角大级次m=0，1，2此式称光栅方程由式得：2（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。
实验八光栅特性的研
实验八 光栅特性的研究衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学元件．它由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）组成．以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广泛的应用．【实验目的】1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用；2．测量光栅的特性参数；3．从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的衍射现象．【实验原理】1．光栅衍射有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元件成为光栅．设光栅的总缝数为N ，缝宽为a ，缝间不透光部分为b ，则缝距d = a + b ，称为光栅常数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，通过不同的缝，光要发生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍射，且N 条缝的N 套衍射条纹通过透镜后将完全重合．如图1所示，当衍射角θ 满足光栅方程d sin θ = k λ（k = 0、±1、± 2、 …）时，任两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮的主极大明条纹．2．光栅光谱单色光经过光栅衍射后形成各级主极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍射谱．如果用复色光照射，由光栅方程可知不同波长的同一级谱线（零级除外）的角位置是不同的，并按波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样的一组谱线．在较高级次时，各级谱线可能相互重叠．光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱．评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领．（1）λϕψd d =称为光栅的角色散率，由d sin ϕ = k λ 可知 k p d k d d cos ==λϕψ （1）（2）根据瑞利判据，光栅能分辨出相邻两条谱线的能力是受限制的，波长相差Δλ的两条相邻的谱线，若其中一条谱线的最亮处恰好落在另一条谱线的最暗处，则称这两条谱线能 - 44 -被分辨．设这两条谱线的平均波长为λ，则它们的波长可分别表示为2λΔλ+和2λΔλ−．可以证明，对于宽度一定的光栅，当分辨本领按λΔλ=R 定义时，其理论极限值Rm = kN = L d k ，而实测值将小于kN ，式中N 为参加衍射的光栅刻痕总数，L 为光栅的宽度．显然，R 与光谱级数k 以及在入射光束范围内的光栅宽度L 有关．应该指出，光栅的分辨本领R 是与被分辨光谱的最小波长间隔相联系的，对于任意两条光谱线来说，虽然受R 的限制，但也可以用改变光栅总宽度L 的办法来确定分开此两条谱线所必须的最小宽度值L 0．若入射光束不是垂直入射至光栅平面（图2），则光栅的衍射光谱的分布规律将有所变化．理论指出：当入射角为i 时，光栅方程变为d （sin ϕ ± sin i ）= k λ（k = 0、±1、± 2、…）， （2）式（2）中，+ 号表示衍射光与入射光在法线同侧，- 号则表示衍射光与入射光位于法线异侧．【实验仪器】光学测角仪，不同光栅常数的全息光栅，自准反射平玻片，照明小灯，汞灯，钠灯，激光器等．【实验内容】1．根据实验室提供的光学测角仪，阅读仪器说明书，拟订调整仪器的程序和确定实验的具体任务；2．测出所给全息衍射光栅的四个主要性能参数：光栅常数d 、角色散率ψ、在特定缝宽下的分辨本领R ；3．利用所给光栅测出钠灯的钠双线（即D 1、D 2线）、He-Ne 激光器的激光波长和汞灯的谱线波长值，要求测量结果的精确度E λ ≤ 0.1%；- 45 -4．确定光栅所能观察到的各光谱线的最高衍射级数，记录不同的衍射级上各光谱线排列的顺序，测量各条光谱线的角宽度；5．将光栅光谱与棱镜光谱作一比较．【注意事项】1．实验前应复习光学测角仪、钠光灯、汞灯、全息光栅等有关知识，严格按光学仪器使用维护规则操作．2．实验过程中，各仪器、光源、元件的相对位置不要随意挪动，以免影响其他组实验或变更实验条件．【思考题】1．试比较光栅光谱与棱镜光谱各自的特点．2．试根据实验时同一级正、负衍射光谱的对称性，判断光栅放置的位置；并利用这种现象将光栅调至正确的工作位；当同一级正负衍射角不等时，试估算入射光束不垂直的程度（入射角的大小）．3．当实验光栅的N减小时（利用黑纸卡片），观察并分析说明衍射光谱变化的特点和规律．试用实验测出刚能分辨钠双线（D1和D2）所需的最小光栅宽度L D，L D的实验值理论预期值是否一致？4．试设想出一种能检测出发光二极管出射光波长范围的实验方法．5．利用给定光栅（d一定）观察He-Ne激光、钠光或汞灯光谱中任一条谱线，估算所能观测到的最高衍射级次．6．同一块光栅对不同波长的光，其最高衍射级数是否相同？不同波长的谱线宽度是否一致？同一波长不同衍射级数的光谱宽度是否相同？为什么？【参考资料】[1] 林抒，龚镇雄．普通物理实验．人民教育出版社，1982[2] 母国光．光学．人民教育出版社，1979[3] 威廉.H.卫斯特发尔．物理实验．上海科学技术出版社，1964[4] M.弗朗松．衍射——光学中的相干性．科学出版社，1982[5] A.M.波蒂斯、H．D．杨，《大学物理实验》，科学出版社，1982[6] F.J.Buehcc，物理实验导论（下册），人民教育出版社，1985[7] 何乃宽．光学仪器分辨率三种判据的比较．大学物理1988．No.8[8] 刘慎秋，郭大浩．平面透射光栅入射角为零的调节方法．物理实验．V ol.6 No.5- 46 -。
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实验八 光栅特性的研究
衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学元件．它由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）组成．以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广泛的应用．
【实验目的】
1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用；
2．测量光栅的特性参数；
3．从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的衍射现象．
【实验原理】
1．光栅衍射
有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元
件成为光栅．设光栅的总缝数为N ，缝宽为a ，
缝间不透光部分为b ，则缝距d = a + b ，称为光
栅常数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平
行光垂直入射到光栅平面上时，通过不同的缝，
光要发生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍
射，且N 条缝的N 套衍射条纹通过透镜后将完
全重合．如图1所示，当衍射角θ 满足光栅方程d sin θ = k λ（k = 0、±1、± 2、 …）时，任
两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮
的主极大明条纹．
2．光栅光谱
单色光经过光栅衍射后形成各级主极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍射谱．如果用复色光照射，由光栅方程可知不同波长的同一级谱线（零级除外）的角位置是不同的，并按波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样的一组谱线．在较高级次时，各级谱线可能相互重叠．光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱．
评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领．
（1）λ
ϕψd d =称为光栅的角色散率，由d sin ϕ = k λ 可知 k p d k d d cos ==λϕψ （1）
（2）根据瑞利判据，光栅能分辨出相邻两条谱线的能力是受限制的，波长相差Δλ的两条相邻的谱线，若其中一条谱线的最亮处恰好落在另一条谱线的最暗处，则称这两条谱线能 - 44 -
被分辨．设这两条谱线的平均波长为λ，则它们的波长可分别表示为2λΔλ+和2λΔλ−．可以证明，对于宽度一定的光栅，当分辨本领按λΔλ=R 定义时，其理论极限值Rm = kN = L d k ，而实测值将小于kN ，式中N 为参加衍射的光栅刻痕总数，L 为光栅的宽
度．显然，R 与光谱级数k 以及在入射光束范围内的光栅宽度L 有关．应该指出，光栅的分辨本领R 是与被分辨光谱的最小波长间隔相联系的，对于任意两条光谱线来说，虽然受R 的限制，但也可以用改变光栅总宽度L 的办法来确定分开此两条谱线所必须的最小宽度值L 0．
若入射光束不是垂直入射至光栅平面（图2），则光栅的衍射光谱的分布规律将有所变化．理论指出：当入射角为i 时，光栅方程变为
d （sin ϕ ± sin i ）= k λ（k = 0、±1、± 2、…）， （2）
式（2）中，+ 号表示衍射光与入射光在法线同侧，- 号则表示衍射光与入射光位于法线异侧．
【实验仪器】
光学测角仪，不同光栅常数的全息光栅，自准反射平玻片，照明小灯，汞灯，钠灯，激光器等．
【实验内容】
1．根据实验室提供的光学测角仪，阅读仪器说明书，拟订调整仪器的程序和确定实验的具体任务；
2．测出所给全息衍射光栅的四个主要性能参数：光栅常数d 、角色散率ψ、在特定缝宽下的分辨本领R ；
3．利用所给光栅测出钠灯的钠双线（即D 1、D 2线）、He-Ne 激光器的激光波长和汞灯的谱线波长值，要求测量结果的精确度E λ ≤ 0.1%；
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4．确定光栅所能观察到的各光谱线的最高衍射级数，记录不同的衍射级上各光谱线排列的顺序，测量各条光谱线的角宽度；
5．将光栅光谱与棱镜光谱作一比较．
【注意事项】
1．实验前应复习光学测角仪、钠光灯、汞灯、全息光栅等有关知识，严格按光学仪器使用维护规则操作．
2．实验过程中，各仪器、光源、元件的相对位置不要随意挪动，以免影响其他组实验或变更实验条件．
【思考题】
1．试比较光栅光谱与棱镜光谱各自的特点．
2．试根据实验时同一级正、负衍射光谱的对称性，判断光栅放置的位置；并利用这种现象将光栅调至正确的工作位；当同一级正负衍射角不等时，试估算入射光束不垂直的程度（入射角的大小）．
3．当实验光栅的N减小时（利用黑纸卡片），观察并分析说明衍射光谱变化的特点和规律．试用实验测出刚能分辨钠双线（D1和D2）所需的最小光栅宽度L D，L D的实验值理论预期值是否一致？
4．试设想出一种能检测出发光二极管出射光波长范围的实验方法．
5．利用给定光栅（d一定）观察He-Ne激光、钠光或汞灯光谱中任一条谱线，估算所能观测到的最高衍射级次．
6．同一块光栅对不同波长的光，其最高衍射级数是否相同？不同波长的谱线宽度是否一致？同一波长不同衍射级数的光谱宽度是否相同？为什么？
【参考资料】
[1] 林抒，龚镇雄．普通物理实验．人民教育出版社，1982
[2] 母国光．光学．人民教育出版社，1979
[3] 威廉.H.卫斯特发尔．物理实验．上海科学技术出版社，1964
[4] M.弗朗松．衍射——光学中的相干性．科学出版社，1982
[5] A.M.波蒂斯、H．D．杨，《大学物理实验》，科学出版社，1982
[6] F.J.Buehcc，物理实验导论（下册），人民教育出版社，1985
[7] 何乃宽．光学仪器分辨率三种判据的比较．大学物理1988．No.8
[8] 刘慎秋，郭大浩．平面透射光栅入射角为零的调节方法．物理实验．V ol.6 No.5
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