实验报告六完整版.doc

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梧州学院学生实验报告

专业班级：学号：姓名：成绩：

实验课程：近代物理实验(2)实验名称：光波波长的测量及光栅特性的研究

实验组号：同组成员：

实验地点：近代物理实验室实验时间：指导教师：陈伟华

实验目的：1．进一步熟悉分光计的调整和使用，学会用分光计测量光栅常数。

2．观察光栅衍射的现象，利用光栅测量未知光源光谱的波长及角色散率。

实验仪器：透射光栅、分光计、汞灯、读数小灯等。

实验原理：

衍射光栅是一种分光元件，由于其基质材料不同而有透射光栅和反射光栅两类。它们都相当于一组数目很多，排列紧密，均匀的平行狭缝。透射光栅是用金刚石在一块平面玻璃上刻划而成的；反射光栅则是刻划在精研过的硬质金属面上，用这种方法刻制的光栅，由于要求非常精密，因而制造困难，所以价格非常昂贵，而平常所用的光栅大都是复制品。如今由于单色性好的激光的出现，应用其干涉原理制成了全息光栅，制造容易，价格便宜，从而使光栅实验得以普及。本实验用的光栅是一块全息光栅。

根据夫琅和费衍射理论，一束单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射后，凡是衍射角适合条件：

(1)

光会加强，其它方向将抵消，如图6-1所示。式中θ是衍射角，d是缝距又常称为光栅常数[d=a+b，其中a是刻痕宽度(透光)，b为狭缝宽度(不透光)]，k为衍射光谱的级数，λ是光的波长，θ表示波长为λ的光的第k级衍射光谱的衍射角。

图6-1光栅衍射原理图图6-2光栅衍射示意图

如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的焦平面上将出现明亮的条纹称为谱线。在θ=0的方向上可以观察到中央极大，称为零级谱线，其它级数的谱线对称地分布在零级谱线的两侧，如图6-2所示。

如果入射光源中包含有几种不同的波长，则这束复色平行光通过光栅后形成的谱线，将按级次序排列在该级谱线系列中，对不同的波长有一一对应的θ、k、λ从而在不同的位置上形成不同的彩色谱线，称为该入射光源的光谱。图6-3为汞灯光源通过光栅后所形成的光谱示意图。若光栅常数d为已知，在实验中测定了某谱线的衍射角和对应的光谱级k，则可由(1)式求该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d。

衍射光栅的基本特性可以用它的分辨本领R与角色散率D来表征。分辨本领R定义为：两条刚可被分开的谱线的波长差△λ除该波长λ，即：

(2)

按照瑞利条件，所谓两条刚可被分开的谱线可规定为：其中一根谱线的极强应落在另一根谱线的极弱上，如图6-4所示。由此条件可知光栅的分辨本领为：

R=kN(3)

式中N是光栅的总刻痕数，因为级数不会高，所以光栅的分辨本领主要决定于狭缝数目N。本实验所用的光栅每厘米约3000条缝。

角色散率D定义为：两条谱线偏向角之差△θ与其波长差△λ之比，即：

(4)

对(1)式进行微分并结合(4)式，得：

(5)

图6-3汞灯的光栅光谱示意图图6-4两条刚可被分开的谱线图

实验内容与步骤：

一．实验内容：

1．分光计的调整和使用；2．测量光栅常数；3．测量未知光波波长及角色散率；4．观察狭缝数目和分辨本领的关系。

图6-5光栅位置调整图

图6-5光栅位置调整图

图6-5光栅位置调整图

1．按实验要求将分光计调整好。

2．调节光栅平面(刻痕所在平面)使与仪器转轴平行，且光栅平面垂直与平行光管。调节方法是：先把平行光管的狭缝照亮，把望远镜叉丝对准狭缝，固定望远镜。然后把光栅放置在载物平台上，放置的位置如图6-5所示，尽可能做到光栅平面垂直平分B1B2，然后转动读数圆盘，并调节B1B2，直至从望远镜中观察到从光栅平面反射回来的叉丝像和叉丝重合。把平台连同光栅转过180度，重复以上