衍射光栅测波长
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。
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
表41-2 根据已测定的光栅常数 ，测定其他各条谱线波长
Hale Waihona Puke ABC误差计算：
（ ）
计算光波波长
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。
请勿用手触摸光栅表面，移动光栅时，拿其金属基座。
肉眼不要长时间直视汞灯，以免被紫外线灼伤眼睛。
03
02
01
【注意事项】
01
通过分光计的调节，掌握了哪几种光学仪器的调节方法？
02
用光栅测光波波长，对分光计有什么要求？
【思考题】
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：
01
（41-1）
02
式中， 称为光栅常数； 为入射光的波长， 为明条纹（称为谱线）的级数； 是 级明条纹的衍射角。
03
【实验内容】
点燃汞灯，调整整体分光计。 安放调节光栅，如图41－3所示：
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。
mm
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 ），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： 为了消除偏心差，得到
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。
光栅衍射测波长
3．测量谱线的衍射角 转动望远镜，测量绿、黄1、黄2光的
k=2级谱线的衍射角。重复测量一次。
d sink k
Hg光谱
2．将汞灯绿光谱线波长546.1nm和绿光2级谱线衍射角代入光 栅方程，求出光栅常数（以mm为单位,填入表中）。
2.调节光栅 ⑴如左图，将光栅放在载物台中
部，使光栅直立在调平螺丝G1、G2 连 线的⑵中调垂节线光上栅。平面与平行光管光轴
垂直。
正负对应谱线衍射角差值要小。
⑶调节G3的高度，使中央明纹两侧的光谱线等高。具体调 节方法如下：
转动望远镜，观察汞灯光谱。中央零级（k=0）为白色亮 线，两边均可看到分立的一紫、一绿、两黄共四条彩色谱线。
紫色λ=435.8nm， 绿色λ=546.1nm， 黄色 =5177.0nm， 黄色 =5 279.1nm，并且在中央明纹两侧对称 分布。
二. 实验内容
1．分光计的调节 ⑴ 调节望远镜聚焦于无穷远。 ⑵ 调节望远镜光轴与仪器中心轴线正交。 ⑶ 调节平行光管出射平行光且光轴与仪器转轴正交。
实验中强调：放平面镜时，亮“＋”字像清楚且与分 划板上方的黑“＋”字重合。去掉平面镜后，移动狭缝使 亮线清晰且居中。
实验题目：
光栅衍射测波长
注 意：
1.明天交实验报告，晚交不收。 2.切忌手摸或擦拭光栅表面,实验后 交回并接受检查。
指导教师：罗树范
一. 实验原理
光栅是由一组大量、平行、等宽、等间距、紧密排列的狭缝的一 种光学元件。
过去制作光栅都是在精密的刻线机上用金刚钻在玻璃表面刻出许 多平行等距刻痕做成原刻光栅。实验室中通常使用的是复制光栅和 全息光栅。
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。
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衍射光栅测波长
光栅是一种重要的分光元件，是一些光谱仪器（如单色仪，光谱仪）的核心部分，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量，光通信及信息处理等方面。
一、实验目的：
1、熟悉分光计的调整和使用。
2、观察光线通过光栅后的衍射现象。
3、掌握用光栅测量光波长及光栅常数的方法。
二、实验仪器
TTY —01型分光计，待测波长的光源，光栅。
三、实验原理：
光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距离较宽的匀排光谱。
所得光谱线的亮度比棱镜分光时要小一些，但光栅的分辨本领比棱镜大。
光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用于光谱仪上。
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或全息光栅。
透射式平面刻痕光栅是在光学玻璃片上刻划大量互相平行，宽度和间距相等的刻痕制成的。
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。
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：λφk d k ±=sin （ 2.1.0=k ） （1.3—1） 式中：d=)(b a +称为光栅常数，λ为入射光波长，k 为明条纹（光谱线）级数，φk 为K 级明条纹的衍射角。
（参看图1.3—1）。
如果入射光不是单色光，则由式（1.3—1）可以看出，光的波长不同其衍射角φk 也各不相同，于是复色光将被分解。
而在中央k=0，φk=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（如图1.3—1）
图1.3—1 光栅衍射光谱示意图
如果已知光栅常数d，用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角φk，按（1.3—1）即可算出该明条纹所应的单色光的波长λ。
四、实验内容
1、调整分光计：
（1）目镜的调焦：
先将目镜视度调手轮（11）（见图1.3—2）旋出，然后一边旋进，一边从目镜中观察直至分划板刻线成象清晰。
（2）物镜调焦：
在载物台中央放上平行平板双面反射镜，转动载物台使镜面与望远镜光轴基本垂直。
从目镜中观察，此时可以看到一亮斑，旋转调焦车轮（9）对望远镜进行调焦，使反射十字叉丝像清晰，并调到无视差。
（3）调整望远镜的光轴与仪器转轴垂直。
调整望远镜光轴上下位置调节螺钉（12）使反射回来的亮十字像和调节叉丝重合。
将载物台转动180°望远镜中观察到平面镜的另一面的反射十字像也与调节叉丝重合。
但一般情况下，望远镜中观察到的亮十字像与十字丝有一个垂直方向的位移，就是亮十字像可能偏高或偏低。
则需调整。
先调节载物台调平螺钉（6）使位移减少一半，再调整望远镜光轴上下位置调节螺钉（12），使垂直方向的位移完全消除。
转动载物台垂复以上步骤数次，使平面镜两个面的反射十字象严格与调节叉丝重合。
此时再也不要调动望远镜的倾斜度和载物台的调节螺钉。
（4）平行光管调节
第一，调节平行光管使其产生平行光。
点燃汞灯，照亮狭缝。
转动望远镜对准平行光管找到狭缝，旋转调焦手轮（9）实现前后移动狭缝机构，使从望远镜中看到清晰的狭缝象，并调到无视差。
第二，调节平行光管光轴与仪器转轴垂直。
将狭缝转为水平状态，调节平行光管俯仰螺钉（4）、使狭缝的像和测量用叉丝的横线重合，再将狭缝转为竖直状态。
然后将狭缝套筒紧固螺钉（3）旋紧。
2、观察光栅衍射现象
将光栅正确放置在载物平台上，要求光栅平面平行光管的轴，转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况。
调节对应的载物台螺钉，使谱线分布基本一样高。
3、测量汞灯中蓝紫光的波长
在望远镜中，找到衍射光谱中蓝紫光对应的衍射光方位，然后计算对应的衍射角φk ，最后由公式（1.3—1）计算波长。
4、测量光栅常数
以汞灯中绿光波长（λ=546.07nm ）为已知，测出光谱中绿光对应的衍角φk ，再由公式（1.3—1）计算出光栅常数（a+b ）。
5、实验步骤
（1）由于衍射光谱对中央明条纹是对称的，为了提高测量准确度，测量第k 级光谱时，应测出+k 级和－k 级光谱线的位置，两位置的差值之半即为φk 。
（2）测量时，可将望远镜移至最左端，从－2，－1到+1，+2级依次测量，以免漏测数据。
（3）为使叉丝精确对准光谱线，必须使用望远镜微调螺钉来对准。
五、实验数据记录及处理
(2)测光栅常数d(ϕ绿21[(')(')]
M M N N θθθθ=-
+-) S ϕ绿20.0002==，u B =0.000045rad u 绿2=0.0003
22cos sin d u u ϕλϕϕ
==1nm 33061()d nm =±
S ϕ黄20.0002==，u B =0.000045rad U 黄2=0.0003
Y u λλ==1nm λ黄=576.1±0.5(nm)。