實(shí)驗(yàn)六 用透射光柵測定光波波長(05)

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1、實(shí)驗(yàn)六用透射光柵測定光波波長【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、加深對光柵分光原理的理解。2、用透射光柵測定光柵常量，光波波長和光柵角色散。3、熟悉分光計(jì)的使用方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】分光計(jì)（JJY1’型）、光柵（300條/mm）、低壓汞燈（Gp20Hg）、三棱鏡。【實(shí)驗(yàn)原理】1．測定光柵常數(shù)和光波波長光柵和棱鏡一樣，是重要的分光光學(xué)元件，已廣泛應(yīng)用在單色儀、攝譜儀等光學(xué)儀器中。實(shí)際上，光柵就是在光學(xué)玻璃上刻劃或用全息的方法而得到的一組數(shù)目極多的等寬、等距和平行排列的狹縫。應(yīng)用透射光工作的稱為透射光柵，應(yīng)用反射光工作的稱為反射光柵。本實(shí)驗(yàn)用的就是平面透射光柵，光柵上的刻痕起著不透光的作用。如圖（

2、一）所示，設(shè)S為位于透鏡L1物方焦面上的細(xì)長狹縫光源，G為光柵，光柵上相鄰狹縫的間距稱為光柵常量。自L1射出的平行光垂直地照射在光柵G上。透鏡L2將與光柵法線成角的衍射光會聚于其像方焦面上的點(diǎn)，則產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為…………………………①式①稱為光柵方程。式中為級亮條紋的衍射角，為所用光源的波長，為光譜級數(shù)(，，…)。衍射亮條紋實(shí)際上是光源狹縫的衍射像，是一條細(xì)銳的亮線。當(dāng)時(shí)，在的方向上，各種波長的亮線重疊在一起，形成明亮的零級像。對于的其它數(shù)值，不同波長的亮線出現(xiàn)在不同的方向上形成光譜，此時(shí)各波長的亮線稱為光譜線。而與的正、負(fù)兩組值相對應(yīng)的兩組光譜，則對稱地分布在零

3、級像的兩側(cè)。因此，若光柵常量已知，當(dāng)測定出某譜線的衍射角和光譜級，則可由式①求出該譜線的波長；反之，如果波長是已知的，則可求出光柵常量。由光柵方程①對微分，可得光柵的角色散………………………②角色散是光柵、棱鏡等分光元件的重要參數(shù)，它表示單位波長間隔內(nèi)兩單色譜線之間的角間距。由②可知，光柵常量愈小，角色散愈大；此外，光譜的級次愈高，角色散也愈大。而且光柵衍射時(shí)，如果衍射角不大，則近于不變，光柵的角色散幾乎與波長無關(guān)，即光譜隨波長的分布比較均勻，這和棱鏡的不均勻色散有明顯的不同。分辨本領(lǐng)是光柵的又一重要參數(shù)，它表征光柵分辨光譜細(xì)節(jié)的能力。設(shè)波長為和的不同光波，經(jīng)光柵衍射形

4、成兩條譜線剛好能被分開，則光柵分辨本領(lǐng)為…………………………………③根據(jù)瑞利判據(jù)，當(dāng)一條譜線強(qiáng)度的極大值和另一條譜線強(qiáng)度的第一極小值重合時(shí)，則可認(rèn)為該兩譜線剛能被分辨。由此可以推出…………………………………④其中為光譜級數(shù)，是光柵刻線的總數(shù)。1．實(shí)驗(yàn)儀器：①分光計(jì)分光計(jì)的結(jié)構(gòu)和調(diào)整已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)三中介紹過。在本實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)任務(wù)中，為實(shí)現(xiàn)平行光入射并測準(zhǔn)光線方位角，分光計(jì)的調(diào)整應(yīng)滿足：望遠(yuǎn)鏡適合平行光，平行光管發(fā)出平行光，并且兩者的光軸都垂直于分光計(jì)主軸。②光柵光柵上有許多平行的等距離的刻痕，在本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使光柵的刻痕與分光計(jì)的主軸平行。如果光柵刻痕不平行于分光計(jì)主軸，將會發(fā)生衍射

5、光譜是傾斜的并且傾斜方向垂直于刻痕方向，但譜線本身仍平行狹縫。這樣會影響測量結(jié)果，通過調(diào)整小平臺，可使刻痕平行于分光計(jì)的主軸。③汞燈汞燈的譜線波長如下表6所示表6顏色紫綠黃紅波長/nm404.7407.8410.8433.9434.8435.8491.6546.1577.0579.1607.3612.3623.4690.7【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】一．調(diào)節(jié)分光計(jì)1．粗調(diào)（1）旋轉(zhuǎn)目鏡，調(diào)節(jié)目鏡與十字叉絲的距離，看清十字叉絲。（2）用目測將載物臺和望遠(yuǎn)鏡盡量調(diào)成水平。（3）將平面鏡放在小平臺上，點(diǎn)亮望遠(yuǎn)鏡的小燈。緩慢轉(zhuǎn)動小平臺，從望遠(yuǎn)鏡中尋找鏡面反射回來的光斑。若找不到，則粗調(diào)還

6、未達(dá)到要求，重新粗調(diào)。（4）找到光斑后，調(diào)節(jié)（伸縮）叉絲鏡筒，改變叉絲到物鏡的距離，使三棱鏡反射回來的“綠十字”像與目鏡中的十字叉絲同時(shí)清晰。這樣望遠(yuǎn)鏡已適合平行光。2．細(xì)調(diào)（1）將三棱鏡放置于載物臺上使一個螺絲控制三棱鏡的一個反射面。（2）用二分之一調(diào)法或逐次逼近法（將載物臺與望遠(yuǎn)鏡各調(diào)一半），使“綠十字”叉絲反射像與調(diào)節(jié)十字叉絲重合。轉(zhuǎn)動目鏡手輪，使十字叉絲豎直準(zhǔn)線與光軸平行。（3）調(diào)準(zhǔn)直管。即點(diǎn)亮汞燈，從望遠(yuǎn)鏡觀察準(zhǔn)直管，調(diào)節(jié)狹縫的寬度及物鏡的焦距，使得觀察到的從狹縫出射的平行光又細(xì)又清晰（注意：是輪廓清楚窄長條形的狹縫像，而不是邊緣模糊的亮條），同時(shí)應(yīng)使狹縫像與

7、叉絲無視差。此時(shí)，平行光管發(fā)出的是平行光。調(diào)整狹縫使光線在視場的中間且與目鏡中的十字叉絲的豎直準(zhǔn)線平行。二．光柵位置的調(diào)節(jié)1．使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)準(zhǔn)直管，并使望遠(yuǎn)鏡十字叉絲的豎直線與準(zhǔn)直管狹縫的像重合（準(zhǔn)直管狹縫的寬度要能使汞的雙黃線能清晰地分辨出來，且亮度要適中），固定望遠(yuǎn)鏡。（注意：零級譜線很強(qiáng)，長時(shí)間觀察會傷害眼睛，觀察時(shí)必須在狹縫前加一兩層白紙以減弱光強(qiáng)）。2．如圖（二）所示，把光柵放置在載物臺上，轉(zhuǎn)動載物臺，看到反射的“綠十字”，調(diào)b1或b2螺絲，直到綠十字與目鏡中的調(diào)整叉絲重合。3．轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡觀察光譜，如果左右兩側(cè)的光譜線相對于目鏡中