光柵特性及測定光波波長 - 副本

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1、光柵特性及測定光波波長目的要求（1）了解光柵的主要特性（2）用光柵測光波波長（3）掌握調(diào)節(jié)和使用分光計儀器用具分光計，透射光柵，平面鏡，水銀燈，鈉光燈，可調(diào)狹縫，讀數(shù)顯微鏡。實驗原理光柵和棱鏡一樣，是重要的分光元件。他可以把入射光中不同波長分開。衍射光柵分為透射光柵和反射光柵兩種，本實驗用的是平面透射光柵，相當于一組數(shù)目極多、排列均勻或者緊密的平行狹縫。根據(jù)夫瑯禾費衍射理論，當一束平行光垂直的投射到光柵平面上，光通過每條狹縫都發(fā)生衍射，所有狹縫的衍射光又彼此干涉，凡符合下列條件的，該衍射角方向上的光將會增強。dsinФ=kλk=0，±1，±2，···居中的一級為零

2、級，最亮?！?級、±2級···分居兩側。光柵分辨本領為R=λ/△λ經(jīng)過計算，R=kNN為光柵周期數(shù)，k為衍射極強的級數(shù)。角色散率定義為D=△Ф/△λ經(jīng)過計算可知D=k/（dcosФ）k為衍射極強的級數(shù)，d為光柵單個空間周期，Ф為衍射偏（弧度制）。上面公式推導主要利用光的振幅=k*sin（NπdsinФ/λ）/sin（πdsinФ/λ）實驗內(nèi)容1、儀器調(diào)節(jié)本實驗主要涉及分光計的調(diào)節(jié)。應使入射光是垂直入射的平行光，衍射后要用聚焦于無窮遠的望遠鏡觀察。（1）調(diào)節(jié)光柵平面與平行光管垂直。方法是：用水銀燈把平行光管的狹縫照亮，使望遠鏡中目鏡分劃板中心垂直對準狹縫像。然后固定

3、望遠鏡，把光柵放在載物臺上，盡量做到光柵平面垂直b1b2連線而過b3。并使光柵面大致垂直于望遠鏡光軸。再用自準直法調(diào)節(jié)光柵平面，固定游標盤。在調(diào)節(jié)平行光管狹縫像使與十字像重合。如圖：（1）調(diào)節(jié)光柵使其刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸平行。1、測定光柵常數(shù)：以水銀燈為光源，整體移動分光計，對準光源，測出正負一級和二級角度。求空間頻率。2、測定未知光波波長及角色散率：用上面的方法，測出水銀燈兩條黃光的正負一級的衍射角，求波長和波長差以及D。3、觀察分辨本領與光柵有效面積中的刻線數(shù)目N的關系：用鈉光燈代替水銀燈，把平行光管狹縫調(diào)狹窄，觀察其正一級雙黃衍射線，擋住一部風光柵，減少N，至兩線

4、恰好可變。讀出光柵長度l，計算R。實驗數(shù)據(jù)1、　　游標一二一二一二Ф+1初180°0°180°0°180°0°末160°5519°04160°5419°04160°5519°03Ф-1初180°0°180°0°180°0°末199°1019°10199°1019°10199°1019°10Ф+2初180°0°180°0°180°0°末139°15319°15139°15319°15139°15319°16Ф-2初180°0°180°0°180°0°末221°1041°10221°1041°10221°0940°10一級d=λ/sinФ1=1.667426*10-6

5、mf=1/d=5.997*105hz二級d=1.683007*10-6f=1/d=5.942*105hz2、　　游標一二一二一二Ф1+1初180°0°180°0°180°0°末200°1520°15200°1520°15200°1520°15Ф1-1初180°0°180°0°180°0°末159°45339°45159°45339°45159°45339°45Ф2+1初180°0°180°0°180°0°末200°1920°20200°1920°19200°2020°19Ф2-1初180°0°180°0°180°0°末159°40339°41159°41339°4

6、0159°40339°40λ1=dsinФ1=577.15nmλ2=dsinФ2=579.20nmD=△Ф/△λ=6.39*105D=k/dcosФ=6.40*1053、測得l為1.65mmR=kN=fl=989.51R=λ/△λ=982.17思考題1、使用該公式需正入射，實驗是通過使縫落在望遠鏡光軸上并調(diào)節(jié)光柵使之垂直光軸來保證的。檢查方法：只需要看各級條紋左右的對稱性即可，對稱性越好，入射光越垂直。2、必須垂直平分，這樣b3就獨立于b1b，后兩者可以用來調(diào)節(jié)使光柵垂直于光軸，而不必調(diào)節(jié)b3,可以單獨調(diào)節(jié)b3來調(diào)節(jié)光柵與叉絲豎線的細微夾角使之重合。3、如果不等高

7、，測的角度會略大。測量值的一個小角度投影才是真實值。4、光柵是利用衍射和干涉的原理，或者說光柵分光是把光柵的透射率的函數(shù)傅里葉分解得到的表征光柵信息的譜。而三棱鏡分光利用了光的色散，同一介質(zhì)對不同的頻率的光有不同的折射率。5、如果光柵分不開兩條線，放大后也分不開，因為兩者的信息已經(jīng)重疊。6、公式47.3與47.5是定義，另外兩個公式是在用光柵分光且入射光正入射的情況下的特殊形式。