光栅特性与激光波长

光栅特性与激光波长

注意事项：

1．不要用手接触光栅表面。 2．实验时，当心激光!

3．本告示牌供实验者阅读，所以不要在上面写字，更不能带出实验室。

实验内容

1．测量未知光波波长λ（调节方法见附件）。

在屏上读出K = 0、±1、±2、±3亮点位置，用米尺读出光栅到屏幕的距离L 。将数据代入下式中，求出激光的波长λ。L 估读到1mm ，X 估读到0.5 mm 。计算公式如下：（注意：此处X 为某级次亮点位置与零次亮点位置的差值。） 2

2

sin L

X X +=

θ

λθk d =sin

2．测量光栅常数d

给定波长,测量6组L （0.4mm 与0.8m 之间）与对应的X （K = 1级）值。 3．观察衍射现象

1)到光栅衍射现象观察台上另取观察用的光栅，并把光栅放在眼前，直接观察钠灯、护眼灯、日光灯。记录观察到的现象并进行分析。画出看到的现象的示意图。(护眼灯记录K=0，K=±1；钠灯记录K=0，K=±1， K=±2， K=±3） 2)观察正交光栅衍射现象

如图1，若将两个光栅互相垂直（构成正交光栅）且依次放置在激光器之前，

此时激光束穿透光栅后，在屏幕上的衍射图样如何？说明其原因。

3)观察激光束斜入射到光栅的表面时衍射现象

如图2，若将激光束斜入射到光栅的表面，观察各相应级次亮点位置的变化情况，并进行分析。

附：光栅特性与激光波长调节方法介绍（供参考）

1．关掉激光器

2．调节激光器调节架（图3）

a)调节“激光器上下调节”螺丝，使激光器固定板与激光器底板平行（上下间距相等）。

b)调节“激光器左右调节”螺

丝，使激光器与激光器底板左

（右）间距相等。

3．在激光器前10厘米A处放上

光栅，打开激光器，便激光照在

光栅中心（可调节光栅高低）。向

后移动光栅到B处（例如，60厘

图3 激光调节架

米）。如果光点照在光栅上位置有

上下移动。则调节“激光器上下调节”螺丝。直到光点在A与B两处时，照在光栅上位置上下无移动。这样激光基本上平行桌面。

4．调节光屏调节架（图4，图5）

调节光屏调节架的“前左调节螺丝”或“前右调节螺丝”或“后调节螺丝”，使光屏调节架底座平行桌面（目测）。注

意每个调节螺丝调到中间位置（上下留

有一定的调节范围，如图5）

5．激光器与光屏相距1米以上，打开激

光器，使激光照在光屏上（零刻度线）。

反射回的光点应照射在激光器出射光孔

中。如果不照射到激光器发（出射）光

孔中，可用以下方法调节。

图4 光屏调节架用一张纸，放在激光器后面，观察纸上光斑位置。大致找出反射光斑位置，如图6。

6．a)转动光屏调节架，（注意：用手转动底座，不要用手转动光屏，否则光屏会损坏掉落）使反射光斑照射在激光器激光发光孔的正上方（下方）（注意：转动过程中，激光应始终照在光屏的零刻度线上），如图6。

b)调节“后调节螺丝”，使反射光的光斑上（下）移动后，照射在激光器发光孔内。（注意：在此过程中，其他两个调节螺丝不可调节）

7．调节光栅调节架的螺丝，使光栅调节板与光栅间距相等，如图7。在与光屏相距75厘米的地方放上光栅，调节光栅调节架的螺丝1或光栅调节架的螺丝2，使反射光的衍射光照射在激光器发光孔内（注意：是选取最亮一个衍射光斑，即零级衍射光斑）。

8．观察光屏上的几个衍射光斑（连线）是否与光屏刻度横线平行（或重合），如果不平行，则可通过“前左调节螺丝”或“前右调节螺丝”调节。调节完毕后，

如发现零级衍射光斑移动（不在零刻度线上），可以拿走光栅，通过移动光屏，使零级衍射光斑重新在光屏零刻度线上，重复以上步骤5，6，7。

调节完毕后，可以开始测量。

附：光栅特性与激光波长记录（供参考）

1. 测量未知光波波长λ

光栅狭缝密度＝lines/mm，光栅常数d= mm

光栅到屏幕的距离L= mm 注：'

'X

X

X

k

k

-

=

（注意：本实验中，K>2时，θ不能用近似公式计算，亮点位置为屏上刻度线的读数值）

衍射

级次

K

亮点位置

'

k

X/ mm

sinθ

衍射角度

θ/ rad

角色散率

D / nm-1

光波波长

λ / nm

波长平均

值λ / nm -3 ******* ***** ******* ******* ***** *****

图7光栅与光栅调节架图5调节示意图

图6调节示意图

2. 测定光栅常数d

波长λ = nm , 光栅编号 注：'0'11X X X -= 不确定度u (d ) = mm d ± u (d )= mm 3．护眼灯、钠灯的衍射图样。

4．激光束斜入射到光栅的表面，在屏上衍射图样。

5．两个光栅互相垂直（构成正交光栅）放置，在屏上衍射图样。