光栅衍射实验报告
光栅衍射实验报告
光栅衍射实验报告一、实验目的1、深入理解光栅衍射的原理。
2、学会使用分光计测量光栅常数。
3、观察光栅衍射现象，研究衍射条纹的特点。
二、实验原理光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的光学元件。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，每条狭缝都将产生衍射，由于各狭缝衍射的光之间存在干涉，所以在屏幕上会形成明暗相间的衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$ （其中＄d$ 为光栅常数，＄＼theta$ 为衍射角，＄k$ 为衍射级数，＄＼lambda$ 为入射光波长），通过测量衍射角＄＼theta$ 和已知的入射光波长＄＼lambda$，可以计算出光栅常数＄d$。
三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜等。
四、实验步骤1、调整分光计粗调：使望远镜、平行光管和载物台大致水平。
细调：通过调节望远镜目镜和物镜，使分划板清晰；调整望远镜与平行光管共轴；使载物台平面与分光计中心轴垂直。
2、放置光栅将光栅放在载物台上，使光栅平面与入射光垂直。
3、观察衍射条纹打开汞灯，通过望远镜观察光栅衍射条纹。
4、测量衍射角找到中央明纹两侧的一级、二级等明纹，分别测量其衍射角。
5、数据记录与处理五、实验数据记录与处理｜衍射级数＄k$ ｜衍射角＄＼theta$（左）｜衍射角＄＼theta$（右）｜平均衍射角＄＼bar{＼theta}＄｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜＄10°20'＄｜＄190°20'＄｜＄10°20'＄｜｜ 2 ｜＄21°30'＄｜＄201°30'＄｜＄21°30'＄｜已知汞灯绿光波长＄＼lambda ＝ 5461nm$，根据光栅衍射方程＄d\sin\theta ＝ k\lambda$，计算光栅常数＄d$。
对于一级衍射，＄d\sin10°20' ＝ 1\times5461nm$，解得＄d ＝302×10^｛－6}m$。
光栅衍射实验报告(完整版)
4.10光栅的衍射【实验目的】(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
【实验原理】衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。
它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。
透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。
而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。
实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。
由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。
另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。
1(测定光栅常数和光波波长光栅上的刻痕起着不透光的作用，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iC B 互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
A G如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与, 光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。
从B点作BC垂直于入射光CA，再作BD垂直于衍射光AD，AD与光栅法线所成的夹角为,。
如果在这方向上由于光振动的加强而在F处产生了一个明条纹，其光程差CA+AD必等于波长的整数倍，即: F图1 光栅的衍射 dimsinsin,,,, (1) ，，式中，,为入射光的波长。
当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，(1)式括号内取正号，在光栅法线两侧时，(1)式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上，即i=0，则(1)式变成:dmsin,,, (2) m这里，m=0，?1，?2，?3，…，m为衍射级次，,第m级谱线的衍射角。
m平行光望远镜物镜黄黄绿绿紫紫中央明纹图3 光栅衍射光谱图2衍射光谱的偏向角示意图光栅G在小平台上的位置2(用最小偏向角法测定光波波长如图2所示，波长为的光束入射在光栅G上，入射角为i，若与入射线同在光栅 ,法线n一侧的m级衍射光的衍射角为沪，则由式(1)可知dimsinsin,,,, (3) ，，若以?表示入射光与第m级衍射光的夹角，称为偏向角，,,，,i (4),,i显然，?随入射角i而变，不难证明时?为一极小值，记作,，称为最小偏向角。
光栅衍射实验实验报告doc
光栅衍射实验实验报告.doc 光栅衍射实验实验报告一、实验目的1.通过实验观察光栅衍射现象，了解光栅衍射的原理和特点。
2.掌握光栅方程，能够利用光栅方程计算不同级次的衍射角。
3.学习使用分光计进行角度测量，提高实验技能和数据处理能力。
二、实验原理光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件，当一束平行光垂直照射在光栅上时，会发生衍射现象。
光栅衍射的原理是多缝衍射和单缝衍射的结合，通过光栅方程可以描述不同级次的衍射角与波长之间的关系。
光栅方程为：d(sinθ ± sinφ) = mλ其中，d 为光栅常数，即相邻两狭缝之间的距离；θ 为衍射角；φ 为入射角；m 为衍射级次，可以是正整数或负整数；λ 为入射光的波长。
三、实验步骤1.调整分光计，使平行光管发出平行光，并调整光栅位置，使平行光垂直照射在光栅上。
2.观察光栅衍射现象，可以看到在屏幕上出现了一系列明亮的衍射条纹。
3.转动分光计上的望远镜，对准某一衍射条纹，记录此时望远镜的角度读数。
4.重复步骤3，对准不同级次的衍射条纹，记录相应的角度读数。
5.根据光栅方程，计算不同级次的衍射角。
6.分析实验数据，得出实验结论。
四、实验结果与数据分析实验中观察到了多个级次的衍射条纹，记录了不同级次衍射条纹对应的望远镜角度读数如下表所示：通过对比计算值和实验值可以发现，两者之间的误差较小，说明实验结果较为准确。
同时，不同级次的衍射角随着级次的增加而增加，符合光栅方程的规律。
五、实验结论本次实验通过观察光栅衍射现象，了解了光栅衍射的原理和特点。
掌握了光栅方程，能够利用光栅方程计算不同级次的衍射角。
同时，学习了使用分光计进行角度测量，提高了实验技能和数据处理能力。
实验结果较为准确，验证了光栅方程的正确性。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告引言衍射是光学中常见的现象，也是研究光的性质和特性的重要实验手段之一。
衍射光栅是利用光的衍射原理制备而成的光学元件，广泛应用于光学仪器、激光技术、光通信等领域。
本实验旨在通过衍射光栅实验，学习和掌握衍射现象的基本原理、光栅的构造和工作原理，并进一步探究光栅常数和入射光波长之间的关系。
实验目的1.学习衍射现象的基本原理和相关概念；2.掌握光栅的构造和工作原理；3.研究光栅常数和入射光波长之间的关系。
实验装置本实验所需的主要装置有：光源、准直器、光栅、狭缝、调节器、屏幕等。
实验原理1.衍射现象的基本原理衍射现象是光通过物体边缘或小孔时发生的光的偏折现象。
当光波传播遇到遮挡物或光栅时，光会发生弯曲和偏折，使光波传播的方向改变，形成衍射图样。
根据衍射现象的不同特性，可以推断出光波的传播路径和波长等信息。
2.光栅的构造和工作原理光栅是一种具有规则排列的平行切槽或凹槽的光学元件，由多个细微而平行的刻线组成。
当入射光照射到光栅上时，光会通过光栅的刻线产生衍射现象。
光栅的衍射效应取决于光栅的刻线数目和刻线间距，即光栅常数。
通过调节光栅常数，可以改变衍射图样的形状和明暗程度。
实验步骤1.设置实验装置：将光源、准直器、光栅等装置依次设置在光路上，确保光路畅通且稳定。
2.调节光源：调节光源的亮度和方向，使得光线稳定且光强均匀。
3.调节准直器：通过准直器，使得光线尽可能平行并能通过光栅。
4.观察衍射图样：将屏幕放置在光栅后方适当位置，观察光栅所产生的衍射图样。
5.测量衍射角度：使用适当的测量工具，测量衍射图样中的主峰角度，并记录。
6.调节刻线间距：通过调节光栅的刻线间距，改变衍射图样的明暗程度，观察变化过程。
实验数据与结果根据实验测量所得到的衍射角度、光栅常数和入射光波长的关系，整理成表格并绘制图表。
讨论与分析根据实验数据和结果，我们可以得出衍射光栅的刻线间距与衍射角度之间存在一定的关系。
根据衍射现象的基本原理，我们可以推导出这种关系的数学表达式，并通过实验数据验证。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告一、实验目的1、了解衍射光栅的工作原理。
2、测量衍射光栅的光栅常数。
3、观察衍射条纹的特征，并研究其与光栅参数的关系。
二、实验原理衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它可以将入射的单色平行光分解成不同方向的衍射光。
当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的后面会出现一系列明暗相间的条纹，这些条纹称为衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长），通过测量衍射角$＼theta$和已知的入射光波长$＼lambda$，可以计算出光栅常数$d$。
三、实验仪器1、分光计2、衍射光栅3、钠光灯四、实验步骤1、调整分光计粗调：使望远镜和平行光管大致水平，载物台大致与分光计中心轴垂直。
细调：通过调节望远镜的目镜和物镜，使能够清晰地看到叉丝和小十字像；调节平行光管的狭缝宽度，使通过狭缝的光形成清晰的像。
2、放置衍射光栅将衍射光栅放置在载物台上，使光栅平面与分光计中心轴平行。
3、观察衍射条纹打开钠光灯，使平行光垂直入射到光栅上，在望远镜中观察衍射条纹。
调节望远镜的位置和角度，使能够清晰地看到中央明纹和各级衍射条纹。
4、测量衍射角选择左右两侧的某一级衍射条纹（如第一级），分别测量其对应的衍射角。
转动望远镜，使叉丝对准衍射条纹的中心，读取两个游标的读数。
然后将望远镜转向另一侧，对准同一级衍射条纹的中心，再次读取游标的读数。
两次读数之差即为衍射角的两倍。
5、重复测量对同一级衍射条纹进行多次测量，取平均值以减小误差。
6、更换光栅，重复实验五、实验数据及处理1、实验数据记录｜衍射级数｜左侧游标读数（°）｜右侧游标读数（°）｜衍射角（°）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜285°10′ ｜105°20′ ｜39°55′ ｜｜ 1 ｜284°50′ ｜105°40′ ｜40°05′ ｜｜ 1 ｜285°00′ ｜105°30′ ｜40°00′ ｜2、数据处理计算衍射角的平均值：＄＼theta ＝＼frac{39°55′ ＋40°05′ ＋40°00′｝｛3} ＝40°00′＄将衍射角转换为弧度：＄＼theta ＝ 40°＼times ＼frac{＼pi}｛180} ＼approx 0698$（弧度）已知钠光灯的波长$＼lambda ＝ 5893$nm，根据光栅衍射方程$d\sin\theta ＝ k\lambda$，＄k ＝ 1$，可得光栅常数$d ＝＼frac{＼lambda}｛＼sin\theta} ＼approx 167\times10^｛－6}＄m六、误差分析1、分光计的调节误差：分光计没有调节到完全准确的状态，可能导致测量的衍射角存在偏差。
体光栅实验报告总结(3篇)
第1篇实验名称光栅衍射实验实验日期[实验日期]实验地点[实验地点]实验人员[实验人员姓名]实验目的1. 理解光栅衍射的基本原理。
2. 掌握分光计的使用方法。
3. 通过实验测定光栅常数和光波波长。
4. 加深对光栅衍射公式及其成立条件的理解。
实验原理光栅衍射是利用光栅的多缝衍射原理使光发生色散的现象。
光栅由大量平行等距的狭缝组成，当单色光垂直照射到光栅上时，各狭缝的光线发生衍射，并在透镜的焦平面上形成明暗相间的衍射条纹。
通过测量这些条纹的位置，可以计算出光栅常数和光波波长。
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. 照相机或屏幕用于记录衍射条纹5. 秒表或计时器实验步骤1. 将光栅固定在分光计的载物台上，调整分光计，使其能够垂直照射到光栅上。
2. 打开低压汞灯，调整光栅和透镜的位置，确保光线能够通过光栅。
3. 调整分光计，记录衍射条纹的位置，特别是在主极大附近的位置。
4. 改变光栅的角度，重复步骤3，记录不同角度下的衍射条纹位置。
5. 利用光栅衍射公式计算光栅常数和光波波长。
实验结果与分析在实验中，我们测量了多个角度下的衍射条纹位置，并计算了光栅常数和光波波长。
以下是实验结果的分析：1. 光栅常数：通过测量不同角度下的衍射条纹位置，我们得到了光栅常数d的值。
光栅常数的测量结果与理论值相符，表明实验装置的稳定性良好。
2. 光波波长：利用光栅衍射公式，我们计算了光波波长λ。
实验测量的波长值与理论值基本一致，说明实验方法的有效性。
3. 衍射条纹：在实验中观察到的衍射条纹清晰可见，且明暗分明。
这表明光栅的衍射效果良好，实验条件控制得当。
实验讨论1. 误差分析：在实验过程中，可能存在一些误差来源，如分光计的调整误差、测量工具的精度等。
这些误差可能会对实验结果产生影响。
2. 实验改进：为了提高实验精度，可以考虑以下改进措施：- 使用更高精度的测量工具，如更精确的计时器。
- 优化分光计的调整方法，减少调整误差。
光栅衍射实验报告建议(3篇)
第1篇一、实验名称光栅衍射实验二、实验目的1. 理解光栅衍射的基本原理，包括光栅方程及其应用。
2. 掌握分光计的使用方法，包括调整和使用技巧。
3. 学习如何通过实验测定光栅常数和光波波长。
4. 加深对光栅光谱特点的理解，包括色散率、光谱级数和衍射角之间的关系。
三、实验原理光栅是由大量平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）组成的光学元件。
当单色光垂直照射到光栅上时，各狭缝的光波会发生衍射，并在光栅后方的屏幕上形成一系列明暗相间的衍射条纹。
这些条纹的形成是由于光波之间的干涉作用。
根据光栅方程，可以计算出光栅常数和光波波长。
四、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. 光栅常数测量装置5. 光栅波长测量装置五、实验步骤1. 准备工作：检查实验仪器是否完好，了解各仪器的使用方法和注意事项。
2. 调节分光计：根据实验要求，调整分光计，使其达到最佳状态。
3. 放置光栅：将光栅放置在分光计的载物台上，确保其垂直于入射光束。
4. 调节光源：调整低压汞灯的位置，使其发出的光束垂直照射到光栅上。
5. 观察衍射条纹：通过分光计的望远镜观察光栅后的衍射条纹。
6. 测量衍射角：使用光栅常数测量装置，测量衍射条纹的角宽度。
7. 计算光栅常数和光波波长：根据光栅方程，计算光栅常数和光波波长。
8. 重复实验：重复上述步骤，至少进行三次实验，以确保实验结果的准确性。
六、实验数据记录1. 光栅常数（d）：单位为纳米（nm）。
2. 光波波长（λ）：单位为纳米（nm）。
3. 衍射角（θ）：单位为度（°）。
七、实验结果与分析1. 计算光栅常数和光波波长：根据实验数据，计算光栅常数和光波波长。
2. 分析实验结果：比较实验结果与理论值，分析误差产生的原因，如仪器误差、操作误差等。
3. 讨论实验现象：讨论光栅衍射条纹的特点，如条纹间距、亮度等。
八、实验结论1. 通过实验，验证了光栅衍射的基本原理。
2. 掌握了分光计的使用方法，提高了实验操作技能。
光栅衍射实验实验报告
光栅衍射实验实验报告摘要：本实验通过搭建光栅衍射实验装置，观察和研究光栅衍射现象。
通过测量不同光栅的刻线间距和测得光束角度的数据，分析了光栅衍射实验的原理，验证了布拉格衍射定律，并通过实验结果得出了光波的波长。
引言：光是一种波动现象，在经过光栅时会产生衍射现象，这一现象在物理学中被广泛应用。
本实验通过搭建光栅衍射实验装置，利用单缝、干涉斑及多缝的光栅衍射，探究光栅衍射的规律与原理。
一、实验装置及原理实验装置包括一束连续可调节波长的激光器、光栅、狭缝、光屏、经纬仪、转角仪等。
实验原理为光分裂、衍射、干涉叠加等。
二、实验步骤1.调节激光器，使其波长尽量接近绿光的波长。
2.将激光器射出的光线置于平行于光栅的平面上，并使之通过光栅。
3.调整光屏的位置，使光线通过光栅后落在光屏上，观察到衍射图样。
4.用经纬仪测量光栅与光屏之间的距离，并记录下相关数据。
5.用转角仪测量光栅条纹与光轴之间夹角，并记录下相关数据。
6.通过实验数据计算出光波的波长。
三、实验结果与分析(插入关系图)由图可得出光栅的衍射角度与光栅的条纹间距d和波长λ之间的关系为sinα=nλ/d，即布拉格衍射定律。
通过实验数据计算得光波的波长为λ=XXnm。
四、实验误差分析1.仪器误差：由于实验仪器本身的精确度限制，导致实验结果可能存在偏差。
2.人为误差：在实验过程中，操作人员的主观因素也可能引起误差。
3.光源波长的不确定性：实验中所用激光器的波长虽然可以调节，但是其波长并没有绝对确定的数值，这也会对实验结果产生一定的影响。
五、结论本实验通过光栅衍射实验装置的搭建，观察和研究了光栅衍射现象。
通过测量不同光栅的刻线间距和测得光束角度的数据，验证并得出了布拉格衍射定律，并计算得到了光波的波长。
实验结果与理论值较为接近，结果可靠性较高。
六、实验改进意见1.提高仪器精度：选择更高精度的实验仪器，减小仪器误差。
2.调节光源：使用更精确的光源，可以提高实验结果的准确性。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告衍射光栅实验报告一、实验目的1.了解衍射光栅的基本原理及特点2.掌握判读衍射光栅光谱的方法3.了解CD、DVD等信息光盘的读取原理二、实验原理1.衍射光栅原理衍射光栅是一种通过利用光的衍射原理来实现分光的光学元件，它将出射光束分离成几条相互平行的光路，这种光路被称为衍射光谱，由此可得到光的频谱结构。
当光通过一个细缝时，由于光的波动特性，将沿多个方向发射，呈辐射状。
当出射的光线与其他辐射状的光线相遇时，形成了一种交织的、条纹状的光强分布状态，称为衍射。
在这些交织的光线中，有一部分光线会处于同相干状态，这种状态就是一个有序的、有规律的光强分布状态，称为干涉。
衍射光栅结构是通过在一块透明基板上刻制几条平行的刻痕，以便衍生出不同频率和波长的光，这些光呈现出明显的痕迹。
2.CD、DVD读取原理CD（Compact Disc）是一种存在于数字时代的数字光盘。
CD的读取是用激光器从光盘上读出图像信息，这种光线是被反射回传送到激光探测仪中的。
读取CD上的编码信号就是通过收集这些识别码流来实现的。
激光束的直径被限制在0.6-1.0微米的范围内，在这个范围内的尺寸可以达到小于图中的数字。
CD盘上的两道螺旋状的轨道可以覆盖音乐录音带长度的录音。
通过增加激光探测仪的扫描频率，可以将CD盘上的信息移动到播放器中，让它能够播放CD上的信息。
同样地，DVD（Digital Versatile Disk）也是一种数字光盘，是CD的升级版本。
DVD可以存储更多的信息，从而提高数据储存的速度和精度。
DVD光碟在制作过程中也使用了激光束，DVD盘的数据信息是通过摆动激光的方式，读取DVD光盘上的编码信息来快速读取的。
三、实验步骤1.准备实验装置，将光学器材进行组合，将用于实验的器材稳定放置在台子上。
2.将测试样品放置在实验台面上，插上线材，并将光度计固定。
3.打开干涉腔的电源，观察干涉波纹制作，调整电源并确保干涉波纹正确生成。
光栅衍射实验报告2篇
光栅衍射实验报告2篇第一篇：光栅衍射实验报告一、实验目的1.了解光栅的基本原理和基础知识；2.学习使用光栅进行衍射测量实验；3.观察衍射图案，研究光栅线数、孔径大小与衍射现象的关系。
二、实验原理光栅是一种具有大量平行排列的狭缝的透光器件，如图1所示。
当光从光栅上方照射时，一部分光从缝孔中穿过后，经过衍射和干涉作用，投射到屏幕上，形成一系列亮暗条纹，叫做光栅的衍射色散谱。
图1 光栅原理和结构示意图光栅的强度分布和衍射强度分布有密切关系，其公式为：I = I0 (sin β / β)2 (sin Nα / sin α)2其中 I 为衍射光强度， I0 为入射光强度，β 为光栅的透明度，β0 为光栅的不透明度， N为衍射级数，Nλ=d sinθ， d 为光栅缝孔间距，θ为衍射角度，α 为α +β = φ / 2，φ 为出射角度。
实验中，我们需要观察光栅表面处有多少条平行排列的缝孔数量，并测量每个缝孔的尺寸。
此外，还需要测量衍射色散谱中最亮的几条谱线的角度，并计算出衍射级数和波长λ。
三、实验步骤1.将光源置于光栅正上方，让光射入光栅缝孔中，经过衍射后在屏幕上形成条纹图案；2.用微距目镜观察光栅上的缝孔及间距，并测量缝孔的尺寸；3.将屏幕置于光栅下方，使其与光栅进一步靠近，并选择一条清晰的谱线测量该谱线与光栅法线的夹角，并记录下来；4.测量其他谱线的夹角，并计算出衍射级数和波长λ。
四、实验结果与分析1.缝孔尺寸与光栅衍射色散谱的关系根据实验结果，我们可以发现，缝孔尺寸与光栅的衍射色散谱是密切相关的。
当缝孔尺寸增大时，衍射图案变得模糊，且亮度变弱；当缝孔尺寸减小时，色散谱变得更为清晰，且亮度更强。
2.光栅线数与衍射现象的关系我们还发现，在相同缝孔尺寸的情况下，光栅线数越高，衍射图案的亮度越强；反之，光栅线数越低，则衍射图案的亮度越弱。
3.衍射级数与波长的关系根据实验数据的测量结果，我们可以得出较好的结果，衍射级数与波长的关系可表示为Nλ=d sinθ，当缝孔距离一定时，由a sinθ = nλ较易得到λ；对于衍射级数较高的谱线来说，λ的误差会较大，应将其作为参考值。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告一、引言光量子化作为量子力学其中一个基本原理，是研究量子物理现象的重要组成部分，本实验通过拱形衍射光栅，用孔径函数及波动矩阵理论，探究量子力学中的一些基本现象，以及衍射光栅的技术特性；通过该实验实时观察，显示出光衍射现象与使用衍射光栅的特色，而不仅仅是衍射光栅的影响。
二、实验原理衍射光栅的原理包括几个不同的概念，其中主要的概念有孔径函数、空间偏振效应、波动矩阵理论等，这些概念共同构成了衍射光栅的基本原理。
（1）孔径函数：孔径函数是用来描述衍射光栅中物理性质的函数。
它可以用来确定衍射光栅中物理性质的不同程度，从而使用衍射光栅产生出不同的波形。
（2）空间偏振效应：空间偏振效应是指当激光光束通过不同尺寸的衍射光栅，衍射光束束宽和衍射效率在空间上有明显的不同。
（3）波动矩阵理论：波动矩阵理论是量子力学的重要例子，用来描述波动过程。
它可以用来描述光束在衍射光栅中的传播方式、衍射方式和捕获方式，从而对衍射光栅进行精确计算和分析。
三、实验方案本实验使用了拱形衍射光栅，用来证明量子力学基本原理及光衍射现象。
实验中使用的设备有，光源（各项调节功能）、波长调节装置、衍射光栅以及双筒望远镜。
（1）首先通过调节波长及激光光强调整激光输入条件，然后将激光束输入到衍射光栅上，其中左右两侧激光束同时通过拱形衍射光栅。
（2）接下来，通过调节孔径函数的宽度，以及拱形衍射光栅的参数，以及激光束的波长，激光束会在衍射光栅上产生出不同的衍射现象，通过双筒望远镜观察激光衍射现象，及衍射光栅的特性。
四、实验结果通过调节孔径函数的宽度，以及拱形衍射光栅的参数，以及激光束的波长，激光束在衍射光栅上的衍射效果如下所示：（1）当孔径函数的宽度增加，波束在衍射光栅上会产生大量的短途衍射；（2）当孔径函数的宽度增大，衍射位移量也会随之增大，尤其是空间偏振效应；（3）通过波动矩阵理论，可以计算衍射光栅的路径变化，以及衍射光束束宽及衍射效率；（4）随着孔径函数及拱形衍射光栅的参数增大，波束会在衍射光栅上发出不同的光束，而通过双筒望远镜可以观察出衍射光栅的特性。
衍射光栅的实验报告
一、实验目的1. 理解衍射光栅的工作原理和光栅衍射现象；2. 掌握使用分光计测量光栅常数和光波波长的原理和方法；3. 深入理解光栅衍射公式及其成立条件；4. 通过实验验证光栅衍射理论，提高实验操作技能。
二、实验原理光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
光栅实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，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。
光栅常数d是光栅上相邻两狭缝之间的距离，光栅衍射公式为：d sinθ = mλ其中，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为光波波长。
三、实验仪器与设备1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 平面光栅夹具5. 望远镜6. 光具座四、实验步骤1. 将分光计调整至水平状态，并确保望远镜与光栅夹具垂直；2. 将光栅固定在光栅夹具上，并将光栅夹具放置在光具座上；3. 打开低压汞灯，调整望远镜对准光栅；4. 观察望远镜中的光栅衍射光谱，记录衍射条纹的位置；5. 逐渐改变光栅与望远镜的相对位置，观察衍射条纹的变化，记录相应的数据；6. 利用光栅常数和光栅衍射公式计算光波波长；7. 重复以上步骤，进行多次实验，以减小误差。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）光栅常数d：a = 0.05 mm，b = 0.02 mm，d = a + b = 0.07 mm（2）衍射角θ：实验测得第一级衍射条纹的衍射角为θ1，第二级衍射条纹的衍射角为θ2；（3）光波波长λ：根据光栅衍射公式，计算得到光波波长λ1、λ2。
2. 结果分析通过实验，我们得到了光栅常数、衍射角和光波波长的数据。
将实验数据与理论计算值进行比较，可以发现实验结果与理论值基本一致，说明光栅衍射理论是正确的。
六、实验结论1. 光栅衍射实验验证了光栅衍射理论，加深了对光栅工作原理的理解；2. 通过实验，掌握了使用分光计测量光栅常数和光波波长的原理和方法；3. 提高了实验操作技能，为后续实验打下了基础。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告光栅衍射实验报告篇一:光栅衍射实验实验报告工一、核11 李敏2011011693 实验台号19光栅衍射实验实验目的(1) 进一步熟悉分光计的调整与使用;(2) 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;(3) 加深理解光栅衍射公式及其成立条件; 二、实验原理2.1测定光栅常数和光波波长如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i角，入射到光栅上产生衍射;出射光夹角为?。
从B点引两条垂线到入射光和出射光。
如果在F处产生了一个明条纹，其光程差CA?AD必等于波长?的整数倍，即d?sin??sini??m?(1)m为衍射光谱的级次，0,?1,?2,?3?.由这个方程，知道了d,?,i,?中的三个量，可以推出另外一个。
若光线为正入射，i?0，则上式变为dsin?m?m?(2)其中?m为第m级谱线的衍射角。
据此，可用分光计测出衍射角?m，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求波长。
2.2用最小偏向角法测定光波波长如右图。
入射光线与m级衍射光线位于光栅法线同侧，(1)式中应取(本文来自: 博旭范文网:光栅衍射实验报告)加号，即d sin??+sin??=。
以Δ=φ+ι为偏向角，则由三角形公式得2d sin2cosΔ2=mλ(3)易得，当=0时，?最小，记为δ，则(2.2.1)变为2dsin2m,m0,1,2,3,(4)由此可见，如果已知光栅常数d，只要测出最小偏向角δ，就可以根据(4)算出波长λ。
三、实验仪器3.1分光计在本实验中，分光计的调节应该满足:望远镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。
3.2光栅调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。
放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。
3.3水银灯1.水银灯波长如下表2.使用注意事项(1)水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V电源，否则要烧毁。
(2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。
衍射光栅_实验报告同济
一、实验目的1. 了解衍射光栅的原理和制作方法。
2. 掌握衍射光栅的光谱分析能力。
3. 通过实验，验证衍射光栅的衍射特性，并测量其衍射级数和衍射角度。
二、实验原理衍射光栅是一种利用光的衍射现象实现光谱分析的光学元件。
当一束光通过衍射光栅时，会发生衍射现象，形成一系列等间距的亮条纹，称为衍射光谱。
根据衍射光栅的原理，衍射角θ与入射角α、衍射级数m和光栅常数d之间满足以下关系：\[ d \sin \theta = m \lambda \]其中，d为光栅常数，λ为光的波长，m为衍射级数。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：衍射光栅装置、激光器、光栅读数显微镜、平板电脑、数据采集卡、光栅常数标准板。
2. 实验材料：光栅常数已知的标准板、待测光栅。
四、实验步骤1. 将衍射光栅装置安装好，调整激光器，使其垂直照射到衍射光栅上。
2. 调整光栅读数显微镜，使其对准衍射光谱的零级衍射条纹。
3. 记录衍射光谱的零级衍射条纹的位置。
4. 逐步改变光栅常数，记录衍射光谱各级衍射条纹的位置。
5. 利用平板电脑和数据采集卡，对衍射光谱进行数据采集和存储。
6. 根据实验数据，计算衍射级数和衍射角度。
7. 对比实验数据与理论计算值，分析误差来源。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们得到了衍射光栅各级衍射条纹的位置，并计算出相应的衍射级数和衍射角度。
2. 将实验数据与理论计算值进行对比，发现两者基本吻合，说明衍射光栅的衍射特性符合理论预期。
3. 在实验过程中，我们发现以下因素可能对实验结果产生影响：（1）光栅常数测量误差；（2）光束的偏振效应；（3）环境温度和湿度对衍射光谱的影响；（4）衍射光栅的制造质量。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了衍射光栅的原理和制作方法，了解了衍射光栅在光谱分析中的应用。
2. 实验结果表明，衍射光栅的衍射特性符合理论预期，实验数据与理论计算值基本吻合。
3. 在实验过程中，我们发现了影响实验结果的因素，为今后类似实验提供了参考。
光栅衍射实验报告步骤(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉分光计的调整与使用。
2. 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
3. 加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
二、实验原理光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）构成的，是单缝的组合体。
光栅可以产生衍射现象，使光发生色散。
光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作分光元件。
光栅衍射公式为：\[ d \sin \theta = m\lambda \]其中，d为光栅常数，θ为衍射角，m为衍射级次，λ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. 米尺5. 计算器四、实验步骤1. 调整分光计，使望远镜与平行光管共轴。
2. 将光栅放置在分光计的载物台上，调整光栅与平行光管的距离，使光栅垂直于入射光。
3. 打开低压汞灯，调节光栅与平行光管之间的距离，使光栅衍射条纹清晰可见。
4. 记录衍射条纹的位置，计算衍射角θ。
5. 测量光栅常数d。
6. 根据光栅衍射公式，计算光波波长λ。
五、实验数据及结果1. 光栅常数d：_______ mm2. 衍射级次m：_______3. 衍射角θ：_______°4. 光波波长λ：_______ nm六、思考题1. 为什么光栅能产生色散现象？2. 光栅衍射条纹的特点是什么？3. 如何通过光栅衍射公式计算光波波长？七、实验总结本次实验通过光栅衍射实验，加深了对光栅原理及光栅衍射公式的理解。
通过实验，掌握了分光计的调整与使用方法，学会了利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
实验过程中，注意观察现象，认真记录数据，计算结果，为后续实验打下了基础。
第2篇一、实验目的1. 熟悉分光计的调整与使用。
2. 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
3. 加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
二、实验原理光栅衍射实验是利用光栅对光波进行衍射和干涉，通过观察光栅衍射条纹，测定光波波长及光栅常数。
衍射光栅实验报告
衍射光栅实验报告实验日期：2023年5月23日周二上午实验题目：衍射光栅一、实验目的1.了解光栅的分光特性2.测量光栅常量二、实验原理二元光栅是平行等宽、等间距的多狭缝，它的分光原理如图所示。
狭缝S处于透镜L1焦平面上，并认为它是无限细的；G是衍射光栅，它有N个宽度为a的狭缝，相邻狭缝间不透明部分的宽度为b。
如果自透镜L1出射的平行光垂直照在光栅上，透镜L2将与光栅法线成θ角的光会聚在焦平面的P点。
光栅在θ方向上有主干涉极大的条件为(a + b) sin θ= k*λ将光栅常量记为d = a + bsin(θ++θ-)/2=kλ/d角色散：dθ/dλ=k/(dcosθ)三．实验仪器分光仪，平面透射光栅，平面反射镜，低压汞灯四、实验步骤3.调节分光仪；4. 调节光栅；（1） 平行光垂直照射在光栅表面（2） 光栅的刻痕垂直于刻度盘平面，即与仪器转轴平行 （3） 狭缝与光栅刻痕平行由于基片玻璃两个表面之间的夹角不知道，同时也无法利用光栅方程。
为解决这一问题，在斜入射的情况下，实验时光栅法线两侧同一级光谱的衍射角分别为sin sin sin sin k dk d λϕθλϕθ-+-⎧-=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩两式相减，考虑到θθϕ+--=，有sincos22k dθθϕλ+--=当ϕ很小，cos12ϕ≈，所以sin2k dθθλ+-+=只要测量正负级谱线之间的夹角即可。
5. 测量汞绿线（546.1nm ）±1、±2级谱线夹角，求光栅常数d ；由于游标与刻度盘有各自不同的转轴，这样的仪器在制作和装配的过程中，游标的中心和游标盘的中心有可能不在同一点。
为消除偏心差，通过两个游标测量角度，几何上可证明'+=2ββα6. 测定汞光谱两条黄线波长；7. 求汞黄线处角色散 五、数据处理波长/nm 级数 衍射角位置角度 θ++θ- 无偏心角角度 θ++θ- 衍射角θ 光栅常数d游标号 +k 级-k 级 546.1 1 1 72°11′ 91°02′ 18°51′ 18°51′9°25′ 3336.3nm2252°15′ 271°05′ 18°50′ 546.1 2 1 62°30′ 100°45′ 38°15′ 38°15′ 19°08′ 3333.6nm2242°31′280°46′38°15′2.测定汞光谱中两条黄线的波长：第二条黄线定值误差为0.07%角色散'5600.04/2.1 2.1D nmnm nmϕ∆÷===度六、思考题实验中如果没按要求将光栅放置在仪器转轴位置，即仪器的转轴没有通过光栅平面时，对测量衍射角有影响吗？如有影响应采取什么方法解决？答：有影响。
光衍射光栅实验报告
一、实验目的1. 熟悉分光计的调整和使用方法。
2. 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
3. 加深对光栅衍射公式及其成立条件理解。
4. 掌握光栅光谱的特点及其应用。
二、实验原理光栅是由一组数目众多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝（或刻痕）构成的光学元件。
光栅利用多缝衍射原理使光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，从而在暗背景上形成暗条纹宽、明条纹细的衍射光谱图样。
光栅常数（d）是光栅基本常数之一，表示相邻两狭缝上相应两点之间的距离。
光栅常数的倒数称为光栅密度，即光栅的单位长度上的条纹数。
当一束单色光垂直照射到光栅上时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射，所有衍射之间又发生干涉，从而在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
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. 移动平台5. 光电探测器6. 计算器四、实验步骤1. 将分光计调整至水平，并将光栅固定在分光计的载物台上。
2. 打开低压汞灯，调整光源位置，使其垂直照射到光栅上。
3. 调整分光计，使光束垂直照射到光栅上。
4. 移动平台，使光电探测器接收到的光强最大。
5. 记录光电探测器接收到的光强随角度变化的数据。
6. 根据光栅衍射公式，计算光波波长和光栅常数。
五、实验结果与分析1. 光波波长：通过实验数据计算得到光波波长为λ = 546.1 nm。
2. 光栅常数：通过实验数据计算得到光栅常数d = 0.546 nm。
3. 光栅光谱特点：光栅光谱具有如下特点：a. 光栅常数d越小，色散率越大。
b. 高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率。
c. 衍射角很小时，色散率D可看成常数，此时，λ与d成正比，故光栅光谱称为匀排光谱。
六、实验结论1. 通过本实验，我们掌握了分光计的调整和使用方法。
2. 加深了对光栅衍射公式及其成立条件的理解。
3. 掌握了利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法。
4. 熟悉了光栅光谱的特点及其应用。
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光栅衍射实验
系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________
一、0i =时，测定光栅常数和光波波长
光栅编号：___2____；∆=仪___1’___；入射光方位10ϕ=__7°6′__；20ϕ=__187°2′__。
由衍射公式，入射角0i =时，有sin m d m ϕλ=。
代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ϕ=19°2′，求得光栅常数
()2546.13349sin sin 192/60m m nm
d nm λϕ⨯=
==+︒
cot cot 2m m m d d ϕϕϕϕ∆==∆= ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-⎛⎫⎛⎫=+⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --∆=⨯⨯=⨯⨯=
()33492d nm =±
代入其它谱线对应的光波的衍射角，得
()3349sin 2013/60sin 578.72
m nm d nm m ϕλ⨯+︒===黄1
()3349sin 209/60576.82nm nm λ⨯+︒
=
=黄2
()3349sin 155/60435.72
nm nm λ⨯+︒
=
=紫
λ
λ∆==
578.70.4752nm nm λ∆==黄1
576.80.4720nm nm λ∆=
=黄2
435.70.4220nm nm λ∆=
=紫()578.70.5nm λ=±黄1，()576.80.5nm λ=±黄2，()435.70.4nm λ=±紫
由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近，但均有不同程度的偏小。
由于
实验中只有各个角度是测量值（给定的绿光波长与级数为准确值），而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差，观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。
二、150'i =︒，测量波长较短的黄线的波长
光栅编号：___2____；光栅平面法线方位1n ϕ=__352°7′__；2n ϕ=__172°1′__。
由衍射公式，有()sin sin m d i m ϕλ±=（入射衍射光同侧取正，异侧取负）。
异侧m=2，i=15°，m ϕ=19°2′，d=3349nm
()()()3349sin 373/60sin15sin sin 575.52
m nm d i nm m ϕλ⨯+︒-︒-===异
同侧m=3，i=15°，m ϕ=15°1′，d=3349nm
()()()3349sin 151/60sin15sin sin 578.23
m nm d i nm m ϕλ⨯+︒+︒+===同 ()
sin sin m i ϕϕ
∆±==
==
λλ∆===
575.50.5138nm
λ∆==异
578.20.3462nm
λ∆==同()575.50.5nm λ=±异，()578.20.3nm λ=±同
可以看出，λ∆的大小与级数m 有关；增大级数可以减小不确定度。
相同级数下，由于同侧衍射角比异侧小，不确定度也较小。
加上实验中可以明显观察到的相同级数下同侧谱线比异侧谱线清晰的事实，可知选取与入射光线同侧方向、级数大的谱线观察，所得测量结果较为精确。
与0°入射得出结果的不确定度大小相比较，选取同侧谱线观察得到结果不确定度较小。
由推导出来的表达式可知，入射角度越大，所得结果越为精确。
然而入射角度过大，中央条纹偏向异侧越厉害，导致同侧条纹变暗，可观察到的级数减小。
将得出的结果与相应光波长的准确值相比较，发现波长的准确值已经偏离出不确定度范
围，存在较大误差。
这可能是因为计算中代入了上个实验的测量结果——光栅常数d ，同时由于分光计调节的问题在角度观测中产生了相同误差趋势的系统误差所致。
三、最小偏向角法测量波长较长的黄线的波长
光栅编号：___2____；∆=仪___1’___；入射光方位10ϕ=__7°6′__；20ϕ=__187°2′__。
由衍射公式，有2sin
2
d m λ=。
代入1/2δmin =9°56′，m=2，d=3349nm ，得波长较长的黄线的波长
()223349sin sin 956/60577.722
d nm
nm m δλ⨯=
=⨯+︒= 22
δδ
∆∆⎛⎫∆== ⎪⎝⎭
577.70.4834nm
λ∆====
()577.70.5nm λ=±
四、思考题
1、 用式sin m d m ϕλ=测d （或λ）时，实验要保证什么条件？如何实现？
答：要保证入射光垂直于光栅平面（即入射角为零）。
实现方法：一、调节分光计平行光管和观察望远镜适合于发射与观测平行光，且望远镜正对平行光管；二、将光栅置于分光计中央小平台上，调节光栅平面方位，自准法确定光栅平面垂直于观察望远镜轴线。
2、 由式sin m d m ϕλ=推导出/d d ∆及/λλ∆的表达式，分析它们的大小与m ϕ的关系。
答：由表达式推出//cot m m d d λλϕϕ∆=∆=∆。
m ϕ越大，不确定度越小。
对同一条光谱，
增大m ϕ的方法是选用衍射级数更高的光谱来观测。
下面研究光谱级次对不确定度的影响
()()
1
cot cot sin
/m m d ϕλ-==(
)(
1
cot /m m ϕ-∂∂=-
代入/500/30001/6d λ≈=，(
)
cot /m m ϕ∂∂==
由这个结果可知在光谱级次m=1和m=6级附近时，光谱级次的增大对减小误差的影响较大，而在m=3~5之间，光谱级次的增大对结果的影响并不大。
加之实验中发现用所给观察望远镜观测时，0度入射时，光谱级次达到3、4级后，谱线已经很不清晰，所以选取m=2或m=3级进行观测比较合理。
3、 实验任务二中，如何保证入射角等于15°0′？
答：一、从分光计刻度盘上读出正对平行光管的观察望远镜的方位；二、将望远镜旋转约15°0′；三、细微调节此时望远镜的位置，譬如左右调节1~2′，使望远镜方位与正对平行光管的方位在游标上示数的差值平均值为15°0′；四、将光栅置于分光计中央小平台上，调节光栅平面方位，自准法确定光栅平面垂直于观察望远镜轴线。
4、 对于同一光源分别利用光栅分光和棱镜分光，所产生的光谱有何区别？ 答：光栅分光和棱镜分光首先的区别在于分光原理上——光栅分光利用光的衍射现象，而棱镜分光利用光的折射现象。
反映到光谱上，相同点在于不同波长光谱的排列顺序一致，不同点在于衍射光谱存在不同级次，在玻璃棱镜与正常规格的衍射光栅（1μm<d<10μm ）的情况下，某一级次的衍射光谱相比色散光谱分布较为分散。
所以相同情况下（光源，光具），选用光栅分光的方式更优越。