光栅特性与激光波长
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。
光栅特性与光波波长测量
光栅特性与光波波长测量
光栅是用于衍射和反射光线的设备，可以用于测量光波的波长。
在光栅的作用下，光束被分解成一系列光点，这些光点的位置和强度取决于入射光线的波长和光栅的特性。
对于光栅中的类似光谱的分布，波长和光点之间有着非常明显的关系。
通过观察光栅图案的特征可以确定光波的波长。
因为光点的位置是由波长和光栅间隔决定的，所以可以根据测量得到光点距离和光栅间隔来确定波长。
这种技术在物理学、化学和生物学等领域中都有广泛的应用。
此外，光栅还可以用于研究材料的光学性质，测量材料的折射率和反射率，以及检测和分析微小生物和细胞。
由于光栅具有高精度、高分辨率和灵敏度等优点，因此已成为现代科学和技术中不可或缺的工具之一。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种常用的光学元件，广泛应用于光谱仪、激光器、光纤通信等领域。
它通过光的衍射效应实现光的分光、波长选择和光学信息处理等功能。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅的结构通常由平行的凹槽或凸起的条纹组成，这些凹槽或条纹被称为光栅线。
光栅可以分为反射光栅和透射光栅两种类型。
1. 反射光栅：反射光栅的结构由一系列平行的凹槽组成，这些凹槽被刻在光栅的表面上。
光线照射到反射光栅上时，一部分光线会被反射，而另一部分光线会经过光栅的表面继续传播。
2. 透射光栅：透射光栅的结构由一系列平行的凸起条纹组成，这些凸起条纹被刻在光栅的表面上。
光线照射到透射光栅上时，一部分光线会被透射，而另一部分光线会被散射或反射。
光栅的结构参数主要包括光栅常数、光栅线数和光栅深度。
光栅常数是指单位长度内光栅线的数量，通常用线数/毫米或线数/英寸来表示。
光栅线数是指光栅表面上单位长度内的光栅线数量。
光栅深度是指光栅线的高度或深度，它决定了光栅的衍射效果。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于光的衍射现象。
当平行入射光线照射到光栅上时，光栅会将光线分散成一系列不同波长的光束。
这是由于光栅上的光栅线会对光线进行衍射，使得不同波长的光线在不同的角度上发生偏折。
光栅的衍射效应可以用衍射方程来描述：mλ = d(sinθi ± sinθd)其中，m是衍射级别，λ是入射光的波长，d是光栅常数，θi是入射角，θd是衍射角。
衍射方程表明，不同波长的光线在不同的衍射级别上产生衍射，从而实现光的分光效果。
光栅的衍射效应还可以通过光栅的光程差来解释。
光程差是指光线从光栅上的不同位置到达观察点所经过的光程差。
当光程差满足某一特定条件时，光线会发生相长干涉，从而形成明纹。
而当光程差不满足这一条件时，光线会发生相消干涉，从而形成暗纹。
光栅的工作原理还可以通过光栅的光谱特性来解释。
光栅可以将入射光分散成不同波长的光束，形成光谱。
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）。
分光计册光栅常数及光波长
实验七用分光计测光栅常数和光波的波长【实验目的】1. 熟悉分光计的操作2. 用已知波长光光栅常数3. 用测出的光栅常数测某一谱线的波长【实验仪器】分光计及附件一套，汞灯关源；光栅一片【实验原理】本实验是利用全息光栅进行测量，光源采用GD20低压汞灯，它点燃之后能发生较强的特性光谱线，在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0，5770 A0，5461 A0，4358 A0，4047 A0。
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,······)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，通过分光计观察时如（图8-3）所示。
这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790 A0）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。
【实验步骤】（实验之前请先看实验七附录）１、先进行目镜和望远镜的调焦；２、调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴；３、平行光管的调焦；４、调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴；５、将平行光管狭缝调成垂直；（1-5安装时已基本调好）６、调节光栅平面，使光栅与转轴平行，且光栅平面垂直于平行光管。
调节方法：先开汞灯光源，把平行光管的狭缝照亮，把望远镜叉丝对准狭缝象，固定望远镜的锁紧螺钉。
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。
用光栅测量光波波长
用光栅测量光波波长实验报告学院班级学号姓名实验目的与实验仪器【实验目的】（1）学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。
（2）学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。
（3）了解角色散与分辨本领的意义及测量方法。
【实验仪器】JJY分光仪(1’)、光栅、平行平面反射镜、汞灯等。
实验原理（限400字以内）1、光栅方程主极大的级数限制：2、光栅色散本领与分辨本领光栅的分光原理：波长越长，衍射角越大。
色散现象：入射光是复合光，不同的波长被分开，按从小到大依次排列，成为一组彩色条纹，就是光谱。
K级次的角色散率：光栅的分辨本领定义为刚好能分辨开的两条单色谱线的波长差与这两种波长的平均值之比：实验步骤光栅方程是在平行光垂直入射到光栅平面的条件下得出的，因此要按此要求调节仪器：1）按实验4.14【实验装置】部分的“1.分光仪的构造”和“2.分光仪的调节”内容调节好分光仪。
2）调节光栅平面使之与平行光管光轴垂直：调B2或B3十字水平线。
3）调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行：调B1使谱线高度一致。
4）用汞灯照亮平行光管的狭缝，设平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望远镜定性观察谱线的分布的变化。
5）测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色、绿色、黄色I、黄色II四条谱线。
使望远镜对准中央亮线，向左转动，对观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央与分划板的垂直线重合，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4中。
同样的，向右转动，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4中。
读数：【分析讨论】讨论光栅的作用、汞光谱线的分布规律与特征、平行光入射角度对谱线分布的影响等，对实验结果进行评价。
答：1、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，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件；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；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。
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。
光栅特性及测定光波波长实验报告
实验名称：光栅特性及测定光波波长目的要求1. 了解光栅的主要特性2. 用光栅测光波波长3. 调节和使用分光计仪器用具1. JJY型分光计2. 透射光栅3. 平面镜4. 汞灯5. 钠光灯6. 可调狭缝7. 读数显微镜实验原理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。
根据夫琅禾费衍射理论，当一束平行光垂直的投射到光栅平面上时，光通过每条狭缝都发生衍射，有狭缝射光又彼此发生干涉。
凡衍射角符合光栅方程：φkλsin（k=0，±1，±2，…）d=在该衍射角方向上的光将会加强，其他方向几乎完全抵消。
式中φ是衍射角，λ是光波波长，k 使光谱的级数，d 是缝距，称为光栅常数，它的倒数1／d 叫做光栅的空间频率。
当入射平行光不与光栅表面垂直时，光栅方程应写为：λφk i d =−)sin (sin （k =0，±1，±2，…）若用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的后焦面上将会出现一系列的亮点，焦面上的各级亮点在垂直光栅刻线的方向上展开，称为谱线。
在φ＝0的方向上可以观察到中央极强，即零级谱线。
其他 ±1，±2，…级的谱线对称的分布在零级谱线两侧。
若光源中包含几种不同波长的光，对不同波长的光，同一级谱线将有不同衍射角φ，因此在透镜的焦面上出现按波长次序级谱线级次，自第0级开始左右两侧由短波向长波排列的各种颜色的谱线，称为光栅衍射光谱。
用分光计测出各条谱线的衍射角φ，若已知光波波长，即可得到光栅常数d ；若已知光栅常数d ，即可得到待测光波波长λ。
分辨本领R: 定义为两条刚好能被该光栅分辨开的谱线的波长差△λ≡λ2－λ1去除它们的平均波长：λλ∆≡R ， R 越大，表明刚刚那个能被分辨开的波长差△λ越小，光栅分辨细微结构的能力就越高。
由瑞利判据可以知道：kN R =其中N 是光栅有效使用面积内的刻线总数目。
角色散率D: 定义为同一级两条谱线衍射角之差△φ与它们的波长差△λ之比。
光栅特性与激光波长
cm，最后结果 d ± u(d)=
光栅常数平均值 d / cm
cm
实验内容 （一） 必做部分一：给定光栅，根据已知的光栅常数 d，测量未知光波波长及角色散率 1. 实验时，如图 3 所示，在光学平台（桌面）上设置远场接收光路，进行共轴调节。 2. 打开激光电源，利用衍射屏的前后移动，并调节激光器的仰角，使激光光束与光学平台（桌 面）平行（在同一水平面内，即高度不变）。 3. 确定入射的激光光束是垂直入射到光栅的表面和衍射屏幕上的（为什么要这样做？其调节
激光安全！ 激光是一种方向性和单色性都很好的强光，使用时要格外小心。本实验所用 的激光功率虽然不大，但也绝不能让激光直接射入眼睛，它会对视网膜产生永 久的伤害。同时任何光滑的表面均可造成光线的反射，也要避免反射的激光射 入眼睛。做实验时，要留意其他同学，勿让他们受到激光的照射。不用激光时， 最好用不透明的幕挡掉或关掉电源。
显然，由于每个光栅缝的衍射光强都随衍射角增大而减弱，故光栅光谱强度也必然随其级次
的增加而降低。
光栅作为一种色散元件，其基
本特性可用色散率Ｄ来描述。角
色散率定义为同一级光谱中，单
位波长间隔的两束光被分开的角
度，
即
D
=
Δθ Δλ
(2)
将(1)式微分即可得
D = dθ = K
(3)
dλ d cosθ
图 3 光栅的衍射示意图
（二） 必做部分二：把光栅放在眼前，直接观察日光灯、汞灯、钠灯。记录观察到的现象并 进行分析。 （三） 必做部分三：给定激光器的波长（如氦氖激光器的波长为 632.8nm）,而光栅常数 d 未知，测量 6 组 L 和对应的 X（K = 1 级）值，用最小二乘法求出光栅常数及其不确定度以及 相对不确定度。
光栅特性与光波波长测量
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λ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 dsinθ(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:=k=kdλθ(4.11—1±±,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。
实际光栅的狭缝数目很大,缝宽极小,所以当产生平行光的光源为细长的狭缝时,光栅的衍射图样将是平行排列的细锐亮线,这些亮线实际就是光源狭缝的衍射像。
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。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种用于光学和光谱学中的重要光学元件。
它由一系列平行的等间距凹槽或凸槽组成，可以将入射的光线分散成不同的波长，实现光的分光和波长选择。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅的结构通常由两部分组成：基底和光栅片。
1. 基底：基底是光栅的主体部分，通常由透明材料制成，如玻璃或塑料。
它具有平整的表面，用于支撑和固定光栅片。
基底的选择应考虑到光栅的使用环境和特定应用需求。
2. 光栅片：光栅片是光栅的关键部分，由一系列平行的凹槽或凸槽组成。
这些凹槽或凸槽的间距相等，称为光栅常数。
光栅片可以通过多种方式制造，如光刻、机械刻蚀或干涉法制备。
光栅片的材料通常选择具有良好光学性能和耐腐蚀性的材料，如光学玻璃或光学级硅。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射和干涉现象。
当平行入射的光线照射到光栅上时，光栅会将光线分散成不同的波长，形成衍射光谱。
1. 衍射：当光线照射到光栅上时，光栅的凹槽或凸槽会对光进行衍射。
根据光栅的结构和几何参数，入射光线与光栅的交互作用会导致不同波长的光线以不同的角度进行衍射。
这种衍射现象使得光栅能够将入射光线分散成不同的波长。
2. 干涉：光栅的凹槽或凸槽之间的间距决定了光栅的光栅常数。
当入射光线通过光栅时，不同波长的光线会在不同的位置发生干涉。
这种干涉现象使得光栅能够将入射光线分散成不同的波长，并形成衍射光谱。
光栅的工作原理可以用光栅方程来描述。
光栅方程是描述入射光线的波长、入射角度和衍射角度之间关系的方程。
根据光栅方程，可以计算出光栅的分散能力和光栅常数。
三、光栅的应用光栅作为一种重要的光学元件，广泛应用于光谱学、激光技术、光通信等领域。
1. 光谱学：光栅可用于分光仪和光谱仪中，用于将入射的光线分散成不同的波长，实现光谱分析和波长选择。
光栅的高分辨率和较大的光学通量使其成为光谱学中常用的分光元件。
2. 激光技术：光栅可用于激光器中，用于选择和调谐激光的波长。
光栅特性与光波波长测量(求衍射角公式)
实验15 用光栅测量光波波长衍射光栅是利用单缝衍射和多缝干涉原理使光发生色散的元件。
它是在一块透明板上刻有大量等宽度等间距的平行刻痕，每条刻痕不透光，光只能从刻痕间的狭缝通过。
因此，可把衍射光栅(简称为光栅)看成由大量相互平行等宽等间距的狭缝所组成。
由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地应用于各种光谱仪器中。
光栅一般分为两类：一类是利用透射光衍射的光栅称为透射光栅；另一类是利用两刻痕间的反射光进行衍射的光栅称为反射光栅。
本实验选用的是透射光栅。
一. 实验目的1. 进一步熟悉分光计的调整和使用。
2. 观察光栅衍射的现象，测量汞灯谱线的波长。
二. 实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面镜等。
三. 实验原理当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生有衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。
设光栅的刻痕宽度为a ，透明狭缝宽度为b ，相邻两缝间的距离d=a+b ，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。
如图3-15-1所示，光栅常数为d 的光栅，当单色平行光束与光栅法线成角度i 入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过透镜会聚于焦平面上，就产生一组明暗相间的衍射条纹。
设衍射光线AD 与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为φ，从B 点作BC 垂直入射线CA ，作BD 垂直于衍射线AD ，则相邻透光狭缝对应位置两光线的光程差为：（3-15-1）当此光程差等于入射光波长的整数倍时，多光束干涉使光振动加强而在F 处产生一个明条纹。
因而，光栅衍射明条纹的条件为：K=0，±1，±2，（3-15-2）式中λ为单色光波长，K 是亮条纹级次，为K 级谱线的衍射角，ｉ为光线的入射角。
此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。
)sin (sin i d AD AC +=+ϕλϕK i d K =+)sin (sin K ϕ图3-15-1 光栅衍射原理示意图由（K=0时，波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互分开，即有不同的位置。
基础物理实验考题回忆
2009-2010第二学期普物实验期末试题一、随机误差正态分布1、下列说法错误的是（）A、测单摆周期应以最高点为起点B、测单摆周期应以最低点为起点C、D、累计频率曲线允许两端误差较大2、如何避免数据骑墙，错误的是：（）（多选）A、重新分组；B、C、归于前一组，最后一组归于其自身；D、归于后一组，最后一组归于其自身；二、碰撞打靶1、求碰撞球高度h0的公式：（）A、h0=(x2+y2)/4yB、C、h0=(x2+y)/4yD、h0=(x2+4y)/4y2、操作没有错误，但是修正了4、5次都一直达不到十环（小于10环且靠近轴线），不可能的原因是（）A、碰撞点高于被碰球中心B、碰撞点低于被碰球中心C、被碰球与支撑柱有摩擦D、线没有拉直三、液氮比汽化热1、Q等于（）A、水从t2升高到t3吸收的热B、铜柱从t2降到液氮温度放出的热C、铜柱从室温降到液氮温度放出的热D、铜柱从t3上升到t1吸收的热2、测得mN偏小的原因（）（多选）A、有水溅出B、瓶口结冰C、记录tb的时间晚了D、铜柱在转移时吸热了四、全息照相1、实验装置的摆放顺序（）A、电子快门—反光镜—扩束镜—小孔B、电子快门—反光镜—小孔—扩束镜C、反光镜—电子快门—小孔—扩束镜D、反光镜—电子快门—扩束镜—小孔2、下列说法正确的是（）（多选）A、有胶剂的一面对光，看到实像B、有胶剂的一面对光，看到虚像C、有胶剂的一面背光，看到实像D、有胶剂的一面背光，看到虚像五、示波器1、给你一幅图，问fx/fy=（）（就是考和切点的关系）2、衰减20db，测得x轴5.00，档位2ms/div；y轴4.00，档位0.1v/div，求频率（）和电压（）六、二极管1、正向导通时是（），反向导通时（）（填内接或外接）2、已知电压表内阻Rv，电流表内阻RA，测量值R，则内接时真实值是（），外接时真实值是（）。
七、RLC电路1、给你一幅图（两条谐振曲线，一条较高较窄的标有Ra，另一条Rb），问Ra、Rb的大小关系，问Qa、Qb的大小关系；2、下列说法错误的是（）A、谐振时，路端电压小于外电阻上的电压B、外电阻越大，Q越小C、谐振时电流最大D、谐振时总阻抗最小八、亥姆霍兹线圈1、两个线圈的直径为20cm，要使它们组成亥姆霍兹线圈应间隔（）cm，两线圈中应同大小相同，方向（）的电流；2、下列说法错误的是（）A、开机后，应至少预热10分钟，才进行实验B、调零的作用是抵消地磁场的影响及对其它不稳定因素的补偿。
光栅特性及测定光波波长
。根据瑞利判据，两
条刚好能被分开的谱线规定为： 其中一条谱线的极强正好落在另一条谱线的极弱上。 由此条 件可知，光栅的分辨本领公式为 ������ = ������������ 其中������是光栅有效使用面积内的刻线总数目。 “角色散率”������定义为同一级两条谱线衍射角之差Δ������与它们的波长差Δ������之比。 它只反应两条谱 线中心分开的程度，而不涉及他们是否能够分辨。 Δ������ ������ ������ = = Δ������ ������ cos ������
狭缝像和亮十字像重合。测试光栅平面与平行光管光轴垂直固定游标盘。 b) 调节光栅使其刻痕与仪器转轴平行。松开望远镜的紧固旋钮，转动望远镜，找到光 栅的一级和二级谱线，±1, ±2, ⋯级的谱线分别位于 0 级谱线的两侧，调节������3 ，使 得各条谱线中点与分划板圆心重合， 即使两边光谱等高。 调好后再分回来检查光栅 平面是否仍保持与平行光管垂直，若有改变，则要反复调节，知道以上两个条件均 能满足。 2. 测定光栅常量 以水银灯为光源，整体移动分光计，对准光源，使水银灯大体位于平行光管的光轴上。 测出������ = ±1级，波长为546.07������������绿光的衍射角������+1 和������−1 。重复测量 3 次，求出平均值 ������1 实验结果如下 ������1 1 2 3 195° 20′ 195° 20′ 195° 19′
实验内容
1. 仪器调节 a) 调节光栅平面与平行光管光轴垂直。 先用水银灯把平行光管的狭缝照亮， 使望远镜 目镜中分划板中心垂直线对准狭缝像，然后固定望远镜，把光栅放置在载物台上， 根据目测尽可能做到 ������3 在光栅平面上， ������1 ������2 垂直于光栅平面。用自准直法调节 ������1 ，������2 ，直到从光栅平面反射回来的亮十字像与分划板������������线重合再调节平行光管
用分光计和光栅测定光波的波长
用分光计和光栅测定光波的波长实验目的1．进一步熟悉分光计的调节和使用。
2．观测光栅衍射现象及待测光源的光谱。
3．了解平面光栅的主要性能，学习用透射光栅观察光谱及测定光波的波长。
4．学习角度游标的读数方法。
实验仪器分光计（及附件），高压汞灯，透射光栅。
仪器描述关于分光计的结构以及调节方法实验十二中已有详述，具体内容请参见实验十二。
实验原理我们知道，单色光经过单缝衍射后可以形成明暗相间的条纹，可以由条纹宽度计算光波波长。
但是用单缝进行精确测量是十分困难的，因为当缝宽较大时，条纹宽度很窄难以分辨；而缝宽较小时，光强太弱，也不利于测量，如果用多条等间隔的平行细缝代替较宽的单缝就形成了光栅，利用光栅衍射可以精确的测量光谱，在物理实验中具有十分重要的意义。
1. 透射光栅透射式光栅是在光学玻璃上刻划大量的互相平行的、等间距的刻痕而制成的。
当光照射在光栅上时，刻痕处由于散射基本不透光，光只能从刻痕间透过，因此，透射光栅实际是一系列密集、均匀、互相平行的狭缝。
光栅的特性标志有两个：一是单位长度上的刻痕（条纹）数目n，其范围从每厘米几百条至每厘米上万条；若不透光的刻痕宽度用b表示，透光部分的宽度a用表示，则(a+b)称为光栅常数，用d表示，即d=a+b,可见，d=1/n。
二是光栅的总刻痕数N。
尤以光栅常数重要。
2．光栅方程根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束垂直投射到光栅平面时，通过各个狭缝的光都会发生衍射，通过所有缝的衍射光波又彼此发生干涉，如图13-1。
而这种干涉定域于无穷远处。
若在光栅后面放一会聚透镜，则射向它的各方向上的衍射光都会聚在它的焦平面上，从而得到衍射光的干涉条纹，如图13-2所示。
LKK图13-1 原理图由图13-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为：Δ=(a+b)s inφ=d sinφ式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数，φ为衍射角。
当衍射角φ满足光栅方程：d sinφ=Kλ （K = 0，±1，±2，…）时，光会加强。
光栅的中心波长
光栅的中心波长
光栅的中心波长是指通过光栅时，光线的主要传播方向与光栅的周期垂直时所对应的波长。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，常用于分光仪、激光器、波长选择器等光学设备中。
对于一个光栅，其周期性结构可以由一系列平行的凹陷或凸起形成。
当入射光线通过光栅时，会发生衍射现象，即光线在不同角度上发生偏折。
其中，中心波长是指入射光线的波长与光栅周期之比，使得入射光线在衍射过程中的主要衍射方向与光栅周期垂直。
中心波长可以通过下面的公式计算：
λ = d * sin(θ)。
其中，λ为中心波长，d为光栅的周期，θ为入射光线与法线的夹角（入射角）。
需要注意的是，这个公式是基于理想条件下的计算，实际使用中还需要考虑光栅的材料特性、入射角度以及其他影响因素。
如果需要准确计算中心波长，可以参考相关的光栅设计和分析方法，或者使用专业的光学模拟软件进行计算。
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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。