資源描述：
《用透射光柵測定光波的波長a》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、用透射光柵測定光波的波長摘要：光柵常量計算與光波波長的測量是大學光學實驗里最基礎和最具代表性的實驗，它涉及的知識點很多，而且實驗的操作性很強，通過本實驗可以讓大家跟好的理解分光計的調節(jié)和光學方面的相關計算，這兩點對當代大學生是很有必要的，本文就以上兩點重點進行描述。關鍵詞：關鍵字：光柵光譜線單色光光柵常量衍射衍射角引言：衍射光柵是利用多縫衍射原理使光波發(fā)生色散的光學元件，由大量相互平行、等寬、等間距的狹縫或刻痕所組成。由于光柵具有較大的色散率和較高的分辨本領，故它已被廣泛地裝配在各種光譜儀器中?，F代高科技技術可制成每厘米有上萬條狹縫的光柵，它不
2、僅適用于分析可見光成分，還能用于紅外和紫外光波。在結構上有平面光柵和凹面光柵之分，同時光柵分為透射式和反射式兩大類。本實驗所用光柵是透射式光柵。光在傳播過程中的衍射、散射等物理現象以及光的反射和折射等都與角度有關，一些光學量如折射率、波長、衍射條紋的極大和極小位置等都可以通過測量有關的角度去確定。在光學技術中，精確測量光線偏折的角度具有十分重要的意義。分光計是一種用于角度精確測量的典型光學儀器，常用來測量光波波長、折射率、色散率、觀測光譜等。由于該裝置比較精密，操縱控制部分多而復雜，故使用時一定要嚴格按要求進行。特別是對于初學者，往往會感到一些
3、困難。但只要在調整、實驗過程中，明確調節(jié)要求，注意觀察現象，并努力運用已有的理論知識去分析、指導操作，一般也是能夠掌握的。分光計的調整思想、方法與技巧，在光學儀器中有一定的代表性，學會它的調節(jié)和使用方法，有助于掌握操作更為復雜的光學儀器。一、實驗目的：1．進一步熟悉掌握分光計的調節(jié)和使用方法；2．觀察光線通過光柵后的衍射現象；3．測定衍射光柵的光柵常數、光波波長和光柵角色散。二、儀器和用具：分光計，透射光柵，汞燈，鈉燈等。三、實驗原理：若以單色平行光垂直照射在光柵面上（圖1-1），則光束經光柵各縫衍射后將在透鏡的焦平面上疊加，形成一系列間距不同
4、的明條紋（稱光譜線）。根據夫瑯和費衍射理論，衍射光譜中明條紋所對應的衍射角應滿足下列條件：（1-1）式中d=a+b稱為光柵常數（a為狹縫寬度，b為刻痕寬度，參見圖1-2），k為光譜線的級數，為k級明條紋的衍射角，是入射光波長。該式稱為光柵方程。如果入射光為復色光，則由（1-1）式可以看出，光的波長不同，其衍射角也各不相同，于是復色光被分解，在中央k=0，=0處，各色光仍重疊在一起，組成中央明條紋，稱為零級譜線。在零級譜線的兩側對稱分布著級譜線，且同一級譜線按不同波長，依次從短波向長波散開，即衍射角逐漸增大，形成光柵光譜。圖1-1圖1-2由光柵方
5、程可看出，若已知光柵常數d，測出衍射明條紋的衍射角，即可求出光波的波長。反之，若已知，亦可求出光柵常數d。將光柵方程（1-1）式對微分，可得光柵的角色散為（1-2）角色散是光柵、棱鏡等分光元件的重要參數，它表示單位波長間隔內兩單色譜線之間的角距離。由式（1-2）可知，如果衍射時衍射角不大，則近乎不變，光譜的角色散幾乎與波長無關，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。分辨本領是光柵的另一重要參數，它表征光柵分辨光譜線的能力。設波長為和的不同光波，經光柵衍射形成的兩條譜線剛剛能被分開，則光柵分辨本領R為（1-3）根據瑞利判據
6、，當一條譜線強度的極大值和另一條譜線強度的第一極小值重合時，則可認為該兩條譜線剛能被分辨。由此可以推出（1-4）其中k為光譜級數，N是光柵刻線的總數。四、實驗內容：1．分光計及光柵的調節(jié)圖1-3（1）按4.4實驗中所述的要求調節(jié)好分光計。（2）調節(jié)光柵平面與分光計轉軸平行，且光柵面垂直于準直管先把望遠鏡叉絲對準狹縫，再將平面光柵按圖1-3置于載物臺上，轉動載物臺，并調節(jié)螺絲a或b，直到望遠鏡中從光柵面反射回來的綠十字像與目鏡中的調整叉絲重合，至此光柵平面與分光計轉軸平行，且垂直于準直管、固定載物臺。（3）調節(jié)光柵刻痕與轉軸平行轉動望遠鏡，觀察光
7、柵光譜線，調節(jié)栽物臺螺絲c，使從望遠鏡中看到的叉絲交點始終處在各譜線的同一高度。調好后，再檢查光柵平面是否仍保持與轉軸平行，如果有了改變，就要反復多調幾次，直到兩個要求都滿足為止。1．測定光柵常數d用望遠鏡觀察各條譜線，然后測量相應于級的汞燈光譜中的綠線（）的衍射角，重復測5次后取平均值，代入式（1-1）求出光柵常數d。2．測定光波波長選擇汞燈光譜中的藍色和黃色的譜線進行測量，測出相應于級譜線的衍射角，重復5次后取平均值。將測出的光柵常數d代入式（1-1），就可計算出相應的光波波長。并與標稱值進行比較。3．測量光柵的角色散用汞燈為光源，測量其1
8、級和2級光譜中雙黃線的衍射角，雙黃線的波長差為2.06nm，結合測得的衍射角之差，用式（1-2）求出角色散。4．觀察光柵的分辨本領用鈉燈為光源，觀察其
