实验 衍射光栅精品文稿.ppt

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1、实验 衍射光栅第1页，本讲稿共10页一.基本原理二.实验内容三.实验仪器及元件四.注意事项五.实验常见问题及处理第2页，本讲稿共10页 一一.基本原理基本原理 光光栅栅是是一一种种重重要要的的分分光光元元件件，它它不不仅仅用用于于光光谱谱学学，还还广广泛泛用用于于计计量量、光光通通信信、信信息息处处理理等等方方面面。光光栅栅按按不不同同分分类类方方法法可可分分为为透透射射型型和和反反射射型型光光栅栅或或振振幅幅型型和和位位相相型型光光栅栅，本本实实验验使使用用的的是是透透射射型型振振幅幅光光栅栅，它它相相当当于于一一组组数数目目极极多多的的等等宽宽、等等间间距距的的平平行排列的狭缝。其结构如下

2、图所示：行排列的狭缝。其结构如下图所示：光栅周期为d=a+b第3页，本讲稿共10页 如上图，当一束波长为如上图，当一束波长为的的平行光入射到光栅平面，透射光按衍射规律向各个方向传平行光入射到光栅平面，透射光按衍射规律向各个方向传播，经透镜播，经透镜L会聚后，在透镜第二角平面上形成一组亮条纹。各级亮条纹产生的条件是：会聚后，在透镜第二角平面上形成一组亮条纹。各级亮条纹产生的条件是：上式称为光栅方程。式中上式称为光栅方程。式中d d是光栅常数，是光栅常数，是衍射角，是衍射角，i i是入射角，是入射角，k k是衍射级次，是衍射级次，为波长。括号中的正号表示入射光和衍射光在法线的同侧，而负号表示在发现

3、两侧。为波长。括号中的正号表示入射光和衍射光在法线的同侧，而负号表示在发现两侧。第4页，本讲稿共10页 需要补充：需要补充：(1)如如果果入入射射光光不不是是单单色色光光，则则除除k=0外外，其其余余各各级级谱谱线线将将按按波波长长的次序依次排开。的次序依次排开。(2)当平行光垂直入射时，当平行光垂直入射时，i=0，光栅方程简化为，光栅方程简化为这时在这时在=0=0的方向上可以观察到中央谱线极强（称为零级谱线），其它级次的谱线的方向上可以观察到中央谱线极强（称为零级谱线），其它级次的谱线则对称地分布在零级谱线的两侧。则对称地分布在零级谱线的两侧。在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图在

4、本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图 -2 -1 0 +1 +2第5页，本讲稿共10页二二.实验内容实验内容1.1.调节分光计至可以测量的状态。调节分光计至可以测量的状态。2.2.将光栅放置在载物台上，调节使平行光管垂直于光栅平面，将光栅放置在载物台上，调节使平行光管垂直于光栅平面，观察衍射谱线，调节使观察衍射谱线，调节使0 0级左右两边的谱线等高。级左右两边的谱线等高。3.3.测量汞灯光谱线中的绿光（测量汞灯光谱线中的绿光（546.07nm546.07nm）和两条黄线（挨得很紧）的）和两条黄线（挨得很紧）的-1 1级、级、0 0级和级和+1+1级的位置（测量级的位置（测量3 3次）。

5、次）。第6页，本讲稿共10页数据测量要求：数据测量要求：测量测量三次，每次数据为一个表格三次，每次数据为一个表格0 0级读数级读数+1+1级读数级读数-1-1级读数级读数A A+1+1A A-1-1衍射角衍射角1 12 21 1 2 2 1 1 2 2 A AG GY1Y1Y2Y2课后习题为课后习题为1 1、3 3两题两题第7页，本讲稿共10页三三.实验仪器与元件实验仪器与元件高压汞灯透射光栅分光计第8页，本讲稿共10页四四四四.注意事项注意事项注意事项注意事项1.1.分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要

6、随意拧动狭缝。动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。2.2.光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。轻拿轻放，以免弄脏或损坏。3.3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。4.4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。提高工作效率和测量准确度。5.5.在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，在游标读数过程中，由于望远镜

7、可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。第9页，本讲稿共10页五五.实验常见问题及处理实验常见问题及处理1.1.实验中观察到的衍射条纹没有与叉丝竖线平行就开始实验中观察到的衍射条纹没有与叉丝竖线平行就开始测量，这是记录的数据显然是由误差的。调节载物台测量，这是记录的数据显然是由误差的。调节载物台的螺丝，使衍射条纹与叉丝竖线平行在测量。的螺丝，使衍射条纹与叉丝竖线平行在测量。2.2.实验中所用的光栅能够将所要测量的黄实验中所用的光栅能够将所要测量的黄1 1和黄和黄2 2分开，分开，然而在实验中有些实验者调出的衍射条纹中黄然而在实验中有些实验者调出的衍射条纹中黄1 1和和黄黄2 2线几乎分布开，出现这种显现的原因有：线几乎分布开，出现这种显现的原因有：1.1.）狭缝调得太宽，或平行光管发出的光并不是）狭缝调得太宽，或平行光管发出的光并不是平行光，在望远镜的焦平面上聚焦不清晰。重新调平行光，在望远镜的焦平面上聚焦不清晰。重新调节平行光管。节平行光管。2.2.）望远镜的目镜没有调好，如果是这个原因那就只有）望远镜的目镜没有调好，如果是这个原因那就只有从头开始调节了。从头开始调节了。第10页，本讲稿共10页