大学物理实验论文--光栅

大学物理实验论文

关于衍射光栅的研究

摘要：衍射光栅由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）组成，他利用多缝衍射原理使光波发生色散。由于它具有较大的色散率和较高的分辨本领，故已被广泛地应用于各种光谱仪器中。本实验使用的是投射式激光全息光栅。利用分光计测量衍射光栅的光栅常数和光波波长。

关键词：衍射光栅 多缝衍射 色散

Diffraction grating by substantially parallel to each other, such as width, the slit spacing (or score), he uses multiple slit diffraction principle to make waves dispersion occurs. Because of its large dispersion rate and a high resolving power, it has been widely used in a variety of spectroscopic instruments. The experiments using a projection type laser holographic grating. Using spectrometer for the measurement of diffraction grating constant and the wave length

引言：衍射光栅的定义是利用光的多狭缝衍射效应进行色散的光栅元件，它能使光波衍射而产生大量光束，利用这些光束的干涉形成光谱。 正文章节 1 实验目的

① 掌握光栅衍射的规律

② 了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用，熟悉分光计读书方法 ③ 测量光栅常数和光栅波长

2 实验仪器

① JJY-1型分光计

② 全息光栅

③ 高压汞灯

3 实验原理

衍射光栅是利用多缝衍射原理使光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。由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。

1821年夫琅禾费创制了用细金属丝做成的衍射光栅，并且用它测量了太阳光谱暗

线的波长。后来他又在贴着金箔的玻璃上用金刚石刻划平行线做成色散更大的光栅。第一个直接在玻璃板上刻制光栅的是诺伯尔（1806-1881）。现在使用的光栅有透射式和反射式两种，多是以刻线光栅为模板，复制在以光学玻璃为基板的薄膜上做成的，也有用全息照相法制做的。本实验所用光栅是透射式光栅。

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。

单色平行光束垂直照射光栅，按照光栅衍射原理，衍射光栅中明条纹的位置为：

式中λ为单色光波长，k 是亮条纹级次，jk 为k 级谱线的衍射角。此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。

衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。角色散率D （简称色散

之比： 两者波长之差率）是两条谱线偏向角之差

对光栅方程微分可有

由上式可知，光栅光谱具有如下特点：光栅常数d 越小，色散率越大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率；衍射角很小时，色散率D 可看成常数，故光栅光谱称为匀排光谱。

3.1光栅调节

调节光栅平面垂直于平行光管

调整好分光计，将光栅如图放置于载物台上，用望远镜观察光栅平面发射回来的亮十字，在轻微转动载物台，并通过调平螺丝S2或S3使亮十字像与分划板上方的十字重合，此时光栅平面与平行光管光轴就垂直了。

左右转动望远镜观察汞灯衍射光谱，望远镜转至两边时，若左右两边光谱线不在同一水平线上说明光栅刻痕与分光计旋转主轴不平行，调节调平螺丝S1，使两边谱线处于同一水平线上即可

3.2测量事项

调节狭缝宽度适中，使衍射光谱中两条紧靠的黄谱线能分开。先将望远镜转至右

侧，测量K=+1级各谱线的位置，从左右两侧游标读数

测量时，从最右端的黄2光开始，依次测黄1光，绿光，······直到最左端的黄2光，重复测量三次。

4. 数据记录及处理 分 光 计 读 数

K=-1

谱 线

游 标

j K=+1 K=-1 K=+1 K=-1 K=+1 测 量 值 λ(nm)

A (左)

黄

光 2

B (右)

A (左)

黄

光 1

B (右)

A (左)

绿 光

B (右)

A (左)

蓝 光

B (右)

注释：衍射光栅是一种由密集﹑等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件，分反射和透射两大类。光栅形成的相关公式为：d•sinθ= n•λ

参考文献

《物理学》（第五版）下册，高等教育出版社

姚安居 吴庆州 《大学物理实验》 中国矿业大学出版社 应发宝 曾前明 《衍射光栅的自制与实验》

万晓霞 刘震 《衍射光栅基图像色度性能分析》