最新透射光栅特性的研究精编版

2020年透射光栅特性的研究精编版

透射光栅特性的研究

一、实验的意义

光栅是利用单缝衍射和多缝干涉原理使光波发生色散的光学元件，由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成。衍射光栅简称为光栅，一般具有较大的色散率和较高的分辨本领，故已被广泛地装配在各种光谱仪器中。现代高科技可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光，常被用来精确地测定光波波长及进行光谱分析。

光在传播过程中的衍射和散射等物理现象以及光的反射和折射等都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定。因此，在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义。

分光计又称光学测角仪，是一种用于角度精确测量的典型光学仪器，常用来测量光波波长、折射率、色散率和观测光谱等，在光学实验中应用非常广泛。分光计的基本光学结构是许多光学仪器（如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、单色仪等）的基础，调整分光计的思想、方法和技巧在光学实验中具有一定的代表性，因而学会分光计的调整和使用有助于掌握更复杂的光学仪器。

二、实验的理论基础

1 分光计

(1) 分光计的结构：

分光计主要由５个部分组成，即底座、望远镜、载物平台、准直管和读数盘，外形如图1所示．

图1

1．狭缝宽度调节螺丝 2．狭缝套筒紧固螺丝 3．准直管 4．夹持架

5．载物平台 6．望远镜筒 7．目镜套筒紧固螺丝 8．目镜视度调节手轮

9．阿贝目镜照明灯 10．望远镜主轴水平调节螺丝

11．载物平台锁紧螺丝 12．度盘 13．望远镜微调螺丝

14．望远镜与度盘固定螺丝15．望远镜止动螺丝

16．底盘17．游标微调螺丝18．游标盘止动螺丝

19．载物平台水平调节螺丝20．准直管主轴水平调节螺丝

①底座

它是分光计的基座。中心轴线是分光计的转轴，望远镜、载物平台和读数盘可绕中心转轴转动，准直管装在一个底脚的立柱上。

②自准直望远镜

图2(a)为望远镜示意图．它由自准目镜、全反射直角棱镜、分划板(十字叉丝)，物镜组成。常用的自准目镜有高斯式目镜和阿贝式目镜，实验室的分光计大多采用阿贝目镜，就是在目镜和分划板之间装有全反射直角棱镜，直角棱镜上刻有“十”字，从目镜观察，叉丝的一小部分被直角棱镜挡住，呈现它的阴影。

（ａ）（ｂ）

图2

目镜筒套在安装分划板的套筒内。调节图1中所示的手轮８可改变目镜和分划板的距离。分划板套筒又套在物镜筒内，前后移动分划板套筒，可改变目镜和分划板相对于物镜的距离．若在物镜前放—平面镜，使平面镜镜面与望远镜光轴垂直,且分划板位于物镜焦平面上时,则焦平面(分划板)上发出的光(绿十字)经物镜后成平行光射于平面镜，由平面镜反射经物镜后在焦平面(分划板)上形成绿十字反射像，如图2(ｂ)所示。望远镜的倾斜度可用螺丝10调节，通过螺丝14使望远镜与刻度盘相连。松开螺丝１5，望远镜可绕转轴转动．微调螺丝13能使望远镜在小范围内微动．

③载物平台

载物平台套在仪器转轴上，是用来放置待测物体的．平台下面的3个螺丝19用来调节平台的倾斜度．松开螺丝11，平台可单独绕轴旋转或沿转轴降．拧紧螺丝11，载物平台与

游标盘相连．松开螺丝18，载物平台和游标盘一起绕转轴转动．拧紧螺丝18．微调螺丝17可使载物平台和游标盘同时微动．

④读数圆盘

由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成。度盘上刻有720等分刻线，格值为30分。在游标盘对称方向设有两个角游标。这是

因为读数时，要读出两个游标处的读数值，然

后取平均值，这样可消除刻度盘和游标盘的圆

心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误

差。读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是

角度。读数时，以角游标零线为准，读出刻度

盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合

的刻线为所求之分值。如果游标零线落在半度

刻线之外，则读数应加上30′。图3 分光计的读数示例为了消除分光计的刻度盘中心与仪器转轴不重合而产生的偏心误差，在刻度盘直径的两端对称地设置两个读数光标盘。图3中，大圆周表示刻度盘，其圆心为O′，仪器转轴的轴心为O，若望远镜带动光标盘(或刻度盘)转过一个角度φ，则由一端测得的数值为：φ1(φ1<φ)，另一端得的数φ2(φ2>φ)。如以φ1(或φ2)表示转过的角度，就存在着偏心误差。但是，根据圆内角定理可知：

φ=(φ1+φ2)/2 (1)

为了测定望远镜转过的角度，应在望远镜的初始位置记录下两光标上的读数N1和

N2，再记下望远镜在末位置时的读数N′1和N′2 ,根据读数的变化规律计算出转角。如沿读数增加的方向由N变到N′，则：

(2)

若转动时光标零线越过了主盘上的360°刻线，则应在N′上加360°。

(2)分光计的调整原理和方法

调整分光计，最后要达到下列要求：

a平行光管发出平行光；

b望远镜对平行光聚焦(即接收平行光)；

c望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。

分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。

1)调整望远镜

①目镜调焦

这是为了使眼睛通过目镜能清楚的看到图4所示分划板上的刻线。调焦方法是把目镜

调焦手轮轻轻旋出，或旋进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。

②调望远镜对平行光聚焦

这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是：

(a)把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图5。

(b)粗调望远镜光轴与镜面垂直——用眼睛估测一下，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。

(c)观察与调节镜面反射像——固定望远镜，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动

图4 从目镜中看到的分划板图5 载物台上双面镜放置的俯视图

而动，这就是镜面反射像。如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。

③调整望远镜光轴垂直仪器主轴

当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，见图3平面镜绕轴转180°后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直仪器主轴。

在调整过程中出现的某些现象的原因。

(a)载物台倾角没调好的表现及调整假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，见图6平面镜«Skip Record If...»面反射光偏上，载物台转180°后，«Skip Record If...»面反射光偏

下，在目镜中看到的现象是

«Skip Record If...»面反射

像在«Skip Record If...»面

反射像的上方。显然，调整

方法是把«Skip Record

If...»面像(或«S kip Record

If...»面像)向上(向下)调到

两像点距离的一半，使

(b)望远镜光轴没调好的表现及调整镜面«Skip Record If...»和«Skip Record If...»的像落在分划板上同一高度。