用衍射光栅测光波波长
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）。
用衍射光栅测光波波长
重复测量 值3次以上，把所得 值的平均值和波长 的值代入公式（41-1）中
，计算出光栅常数。若
，求其百分误差。
5.汞光谱还 有蓝、黄（两条）亮谱线，分别测出
它们的一级衍射d 角1 ，600用0 cm已(1测300得0 c的m) 光栅常数，求
它们的谱线波长，按误差传递公式计算波长的
标准误差。
表41-1
明条纹d的衍a 射b角。
k
k k
【实验内容】
1.点燃汞灯，调整整体分光计。 2.安放调节光栅，如图41－3所示：
3.转动望远镜，一般可以看见一级和二级光谱线，注意观察叉丝的交点是否在各条谱线
的中央位置，如果有高低变化，可对图41-3中的螺丝 （
不要再动）予以校
正。也可以调望远镜和平行光管上的高低调节螺钉。
光栅常数的测量
绿谱线 右（+1级） 左（-1级）
次数 n
546.07mm
1 4
பைடு நூலகம்
(
)
1
2
3
光栅常数 d
d k sin
表41-2 根据已测定的光栅常数d ，测定其 d他 _各__条_ 谱线波长
读数 谱线
右（+1级）
左（-1级）
衍射角
d sin k
蓝
黄1
黄2
计算光波波长
转动望进镜一般可以看见一级和二级光谱线注意观察叉丝的交点是否在各条谱线的中央位置如果有高低变化可对图413中的螺丝不要再动予以校正
实验41 用衍射光栅测光波波长
【实验目的】 1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基本规律。 2.学会测定光栅常数以及原子光谱的波长。 3.进一步熟悉分光计的调节与使用。
【实验仪器】 分光计，全息透射光栅，平行光管，低压汞灯。
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射是一种测量光的波长的方法。
以下是光栅衍射测光的波长的步骤：
1. 准备实验装置：需要一个光源、一个光栅、一个屏幕和一个测量器具（例如尺子或显微镜）。
2. 将光源置于一定距离外，并确保光线垂直射向光栅。
3. 将光栅置于光线路径上，并确保光线通过光栅时是平行的。
4. 将屏幕放置在光栅后方，以接收通过光栅的光线。
5. 调整屏幕的位置，使得通过光栅的光线在屏幕上形成清晰的衍射条纹。
6. 使用测量器具测量衍射条纹之间的距离，即光栅条纹的间距。
7. 使用衍射公式计算光的波长。
光栅的衍射公式为：d·sinθ= m·λ，其中d为光栅的间距，θ为衍射角度，m为整数，λ为波长。
8. 将测得的衍射角度代入衍射公式，计算波长。
注意事项：
- 在实验过程中，确保光线的方向和光栅的位置是准确的，以获得准确的结果。
- 尽量使用单色光源，以便获得清晰的衍射条纹。
- 重复实验多次，取平均值以增加测量的准确性。
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。
光栅衍射法测光波波长实验报告
光栅衍射法测光波波长实验报告目录一、实验目的与要求 (2)1. 实验目的 (2)2. 实验要求 (3)二、实验原理 (3)1. 光栅基本原理 (4)2. 衍射原理简介 (5)3. 光波波长测量方法 (6)三、实验仪器与材料 (7)1. 主要仪器 (8)双缝干涉仪 (8)读取装置 (9)2. 实验材料 (11)光波源 (11)透明介质 (13)测量尺 (14)四、实验步骤 (15)1. 光路搭建 (16)2. 数据采集 (18)3. 数据处理 (19)4. 结果分析 (20)五、实验结果与讨论 (20)1. 实验数据记录 (21)2. 数据处理与分析 (22)3. 结果讨论 (23)实验误差分析 (24)结果合理性探讨 (25)六、实验结论与展望 (26)1. 实验结论 (27)2. 实验不足与改进 (28)3. 未来研究方向 (30)一、实验目的与要求本次实验的目的是通过光栅衍射法测量光波的波长，光栅衍射作为一种重要的光学现象，在研究光的波动性和干涉性方面具有重要的应用价值。
通过本实验，我们希望能够加深对光栅衍射现象的理解，并准确地测量出光波的波长，进一步探究光波的特性。
本实验旨在通过光栅衍射法测量光波波长，加深对光栅衍射现象的理解，掌握相关实验技能和技术，为今后的学习和研究打下坚实的基础。
1. 实验目的理论联系实际：将所学的光学理论应用于实际问题解决中，通过实验手段验证理论的正确性。
掌握光栅衍射的基本原理：通过实验观察并分析光栅衍射现象，理解光栅对光的散射作用以及衍射图样的形成机制。
学习使用光栅仪器：熟练掌握光栅测长仪的使用方法，能够准确测量光栅常数。
提高实验技能：通过实际操作，提高动手能力、分析问题和解决问题的能力，培养科学严谨的实验态度。
拓展知识面：了解现代光学技术在其他领域的应用，如光谱分析、光学计量等，激发对光学技术的兴趣和探索欲望。
2. 实验要求准备实验器材，包括光源、光栅、透镜、光学仪器等。
光栅衍射法测定光波长
( k
,
' k
)
。
2、把分光计的望远镜分别对准 k 级的衍
射条纹，测量出 k 级衍射条纹方位对
应的读数(
k
,
' k
)
。
3、不改变光栅的位置，重复测量数据8次。
4、按照下列公式计算衍射角 。
1 4
|
(k
k
)
(k'
' k
)
|
四、计算光波长λ
将测量出来的衍射角Φ 的值，光栅常数d， 衍射级别k的值代入下式： dsinφ=kλ(k=0, ±1, ±2, …) （1） 即可得到被测光线的波长λ 。
实验名称：
光栅衍射法测定光波长
实验目的：
1. 熟悉分光计的调节。 2. 理解光栅衍射现象。 3. 学习用光栅衍射法测定光的波长或光栅常数。
实验原理及背景知识介绍：
光栅和棱镜一样，是重要的分光光 学元件，已广泛应用在光栅谱仪、光 栅单色仪等。光栅是一组数目极多的 等宽、等距和平行排列的狭缝，分为 透射光栅和反射光栅两种。本实验中 用的是平面透射光栅。
三．测定衍射角Φ
三．计算光波长λ
一、 调节分光计
1．粗调 （1）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并
粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。 （2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台
台面大致水平。
一、 调节分光计
2、调节望远镜
（1）目镜调焦 目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能 很清楚地看到目镜中分划板上的刻线 和叉丝。调焦办法：接通仪器电源， 把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进 一边从目镜中观察，直到分划板刻线 成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目 镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破 坏时为止（如图3）。
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。
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绿谱线 右（+1级） 左（-1级）
次数 nΒιβλιοθήκη 1 4()
1
2
3
光栅常数 d
d k sin
表41-2 根据已测定的光栅常数 d ，测定其他 各条谱线波长 d ____
读数 谱线
右（+1级）
左（-1级）
衍射角
d sin k
蓝
黄1
黄2
计算光波波长
d sink
k
误差计算： （a b sin） a b cos
4.用望远镜对准汞光谱中的明亮绿谱线（绿谱线 的波长为546.07 mm ），分别记录左右一级两 个角度位置。当测右侧谱线时，分光计左右的 两窗口读数分别为 和 ；当测左侧谱线时， 两窗口读数分别为 和 则由分光计原理知：
2 或2
为了消除偏心差，得到
1 4
(
)
重复测量 值3次以上，把所得 值的平均值
和波长 的值代入公式（41-1）中，计算出 光栅常数。若 d 1 6000 cm(1 3000 cm) ，求其百分误 差。
5.汞光谱还有蓝、黄（两条）亮谱线，分别测出 它们的一级衍射角，用已测得的光栅常数，求 它们的谱线波长，按误差传递公式计算波长的 标准误差。
表41-1
光栅常数的测量 546.07mm
k
k
（ abd ）
【注意事项】
1.分光计各部分调节螺丝比较多，在不清楚这 些螺丝的作用与用法之前，不要乱旋硬扳，以 免损坏仪器。
2.请勿用手触摸光栅表面，移动光栅时，拿其 金属基座。
3.肉眼不要长时间直视汞灯，以免被紫外线灼 伤眼睛。
【思考题】
1.通过分光计的调节，掌握了哪几种光学 仪器的调节方法？
(a b) sin k k
d sin k k k 0，1，2 （41-1）
式中，d a b 称为光栅常数； 为入射光的波长，
为明k条纹（称为谱线）的级数； 是 级k 明k条纹的
衍射角。
【实验内容】
1.点燃汞灯，调整整体分光计。 2.安放调节光栅，如图41－3所示：
3.转动望远镜，一般可以看见一级和二级光谱线， 注意观察叉丝的交点是否在各条谱线的中央位 置，如果有高低变化，可对图41-3中的螺丝 （ B3不B要1B再2 动）予以校正。也可以调望远镜 和平行光管上的高低调节螺钉。
【实验目的】
1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基 本规律。
2.学会测定光栅常数以及原子光谱的波长。 3.进一步熟悉分光计的调节与使用。
【实验仪器】 分光计，全息透射光栅，平行光管，低压汞灯。 【实验原理】 如图41－1所示：
在图41-2中可以看到，衍射光谱中明条纹的 位置应出现在振动加强点，其光程差应为波长 的整数倍，即：