用透射光柵測量光波波長

《用透射光柵測量光波波長》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、補5　用透射光柵測量光波波長光柵是重要的分光元件，和棱鏡一樣，被廣泛應用于單色儀，攝譜儀等光學儀中。光柵實際上是一組數(shù)量極大的平行排列的，等寬、等距狹縫。應用透射光工作的稱為透射光柵，應用反射光工作的稱為反射光柵。本實驗主要采用透射光柵來進行測量?！緦嶒災康摹?.加深對光柵分光原理的理解。2.使用透射光柵測定光柵常量，光波波長和光柵角色散。3.進一步練習分光計的調(diào)節(jié)和使用，并了解在測量中影響測量精度的因素?！緦嶒瀮x器】分光計，平面透射光柵，汞燈，鈉燈，等?！緦嶒炘怼縎L1L2Gd圖B5－1如圖B5-1所示，設S為位于透鏡L1物方焦面上的細長狹縫光源，G為光柵，光柵上相

2、鄰狹縫的間距為d。自光源S射出的光，經(jīng)透鏡L1后，成為平行光且垂直照射于光柵平面G上，平行光通過光柵狹縫時產(chǎn)生衍射，凡與光柵法線成角的衍射光經(jīng)透鏡L2后，會聚于象方焦平面的點，其產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為(B5-1)(B5－1)式稱為光柵方程，式中為衍射角，為光波波長，k是光譜級數(shù)(k=0，±1，±2…)，d稱為光柵常量。衍射亮條紋實際上是光源狹縫的衍射象，是一條條銳細的亮線。當k=0時，在=0的方向上，各種波長的亮線重疊在一起，形成白色的零級亮線。對于k的其它數(shù)值，不同波長的亮線出現(xiàn)在不同方向上，形成光譜，此時各波長的亮線稱為光譜線。而與k的正、負兩組值所對應的兩組光譜，

3、則對稱地分布在零級亮線的兩側(cè)。因此，可以根據(jù)式(B5-1)在測定衍射角的條件下，確定d和間關系（通?？紤]k=±1時的情形），也就是說只要知道光柵常量d，就可以求出未知光波長；反之，當某特征光的波長為已知時，就可以求出光柵常量d。這樣就為我們進行光譜分析提供了方便而快捷的方法。式(B5-1)的推導十分簡單，因為就是相鄰兩狹縫光的光程差，光程差為波長的整數(shù)倍時，顯然有相干光干涉會增強，各狹縫的光束增強形成相應波長光波的亮線。此外，光柵的多縫衍射干涉的結果還有以下特征：(1)亮線位置和狹縫個數(shù)無關，其寬度隨狹縫個數(shù)增加而減小、但強度增大。(2)相鄰的亮線間有強度非常小的條紋，

4、這些條紋的強度卻隨狹縫個數(shù)增大而迅速減小。(3)亮線強度分布保留了單縫衍射的特征，即單縫衍射強度構成衍射亮線的包絡。有關光柵衍射的詳細理論分析，讀者可以參考《大學物理》書籍中光學部分的相關章節(jié)。由光柵方程(B5-1)對微分，可以得到光柵的角色散　　　　(B5-2)角色散是光柵、棱鏡等分光元件的重要參數(shù)，它表示分光元件將單位波長間隔的兩單色譜線分開的角間距。由式(B5-2)可知，光柵常量d越小，角色散D就越大，即光柵能夠?qū)⒉煌ㄩL的光分開的角度越大；此外，角色散還隨光譜級次的增大而增大；如果衍射角較小，則可近似不變，光譜的角色散也就幾乎與波長無關了，此時的光譜隨波長的變化

5、，分布就比較均勻，這和棱鏡的不均勻色散有明顯的不同。與此相關的另一參數(shù)是分光儀器的線色散，它表明儀器將單位波長間隔的兩單色譜線分開的線間距，在圖B5-1的儀器設置條件下，顯然有線色散(B5-3)式中為透鏡L2的焦距。分辯本領是光柵的又一重要參數(shù)，它表征光柵分辨光譜細節(jié)的能力。設和是兩種不同光波的波長，經(jīng)光柵衍射后，形成兩條剛剛能被分開的譜線，則光柵的分辨本領R為　　　　(B5-4)根據(jù)瑞利判據(jù)，當一條譜線強度的最大值和另一條譜線強度的第一極小值重合時，則可認為兩譜線剛能被分辨。由此可以推出R=kN　　(B5-5)式中k為光柵衍射級次，N為光柵刻線的總數(shù)，以上推導基于光的

6、干涉和衍射理論。例：某光柵每毫米刻有1000條刻痕，若其總寬度為5厘米，則由公式(B5-5)可知，在它產(chǎn)生的第一級光柵光譜中，光柵的分辨本領為50000。由此可以計算，對第一級光譜波長在500nm附近，光柵剛能分辨的兩譜線的波長差nm?！緦嶒瀮?nèi)容】一、必做部分1．分光計的調(diào)節(jié)。參照本教材的實驗4.13調(diào)整分光計，即⑴　調(diào)整自準直望遠鏡，把望遠鏡調(diào)焦到無窮遠，以適應平行光；⑵　調(diào)整望遠鏡的光軸與分光計中心轉(zhuǎn)軸垂直，載物平臺與分光計中心轉(zhuǎn)軸垂直；⑶　調(diào)整平行光管，使平行光管發(fā)出平行光，并使其光軸與分光計轉(zhuǎn)軸垂直。2．光柵位置調(diào)整　光柵的調(diào)整要求是：⑴光柵面應和入射光垂直，膜

7、面朝入射光方向；⑵根據(jù)衍射角測量的要求，光柵衍射面(光路平面)應調(diào)節(jié)到與觀察平面平行?！　」鈻盼恢玫恼{(diào)整步驟b3b1b2光柵圖B5－2⑴　將分光計調(diào)整到可工作狀態(tài)，參照圖B5－2放置光柵，左右轉(zhuǎn)動載物平臺，看到反射的“綠色十字”，調(diào)節(jié)載物平臺下面的螺釘b3或b2使“綠色十字”和目鏡中的調(diào)整叉絲重合，這時光柵面已與入射光垂直。⑵　用汞燈照亮準直管的狹縫，轉(zhuǎn)動望遠鏡觀察光譜，如果左右兩側(cè)的光譜線相對于目鏡中叉絲的水平線高低不等，這說明光柵的衍射面和觀察面不平行，此時可以調(diào)節(jié)載物平臺下的螺釘b1，使它們一致。（問：這時調(diào)節(jié)螺釘b3或b2是否可以