实验十光栅常数的测定

实验十 用透射光栅测定光波的波长及光栅的参数 光在传播过程中的反射、折射、衍射、散射等物理现象都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定．在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义．本实验利用分光计通过对不同色光衍射角的测定，来实现光栅常数、光栅角色散及光源波长等物理量的测量． ·实验目的 1．进一步练习掌握分光计的调节和使用； 2．观察光线通过光栅后的衍射现象； 3．学习应用衍射光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法． ·实验仪器 分光计、双面反射镜、平面透射光栅、汞灯． 分光计的结构及调节见实验三． 汞灯可分为高压汞灯和低压汞灯，为复色光源．实验室通常选用GP20Hg 型低压汞灯作为光源，其光谱如表 1所示．实验室通常选择强度比较大的蓝紫色、绿色、双黄线作为测量用．汞灯在使用前要预热 5-10min，断电后需冷却 5-10min，因此汞灯在使用过程中，不要随意开关． 表 1 GP20Hg 型低压汞灯可可见光区域谱线及相对强度 颜色 紫 紫 紫 蓝紫 蓝紫 蓝紫 蓝绿 / nm 404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 435.84 491.60 相对强度 1800 150 40 250 400 4000 80 颜色 绿 黄绿 黄 黄 橙 红 深红 / nm 546.07 567.59 576.96 579.07 607.26 623.44 690.72 相对强度 1100 160 240 280 20 30 250 衍射光栅是利用多缝衍射原理使入射光发生色散的光学元件，它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成．在结构上有平面光栅和凹面光栅之分， 同时光栅分为透射式和反射式两大类．本实验所用光栅是透射式光栅，其原理如图10-1所示． 图10-1 光栅结构示意图 ·实验原理 •• 若以平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）．根据夫琅禾费衍射理论，可得光栅方程： )3,2,1,0(sinkkdk （10-1） 式中 d=a+b 称为光栅常数（a 为狭缝宽度，b 为刻痕宽度，如图10-1），k 为光谱线的级数，k 为k 级明条纹的衍射角， 是入射光波长． 如果入射光为复色光，则由（10-1）式可以看出，光的波长  不同，其衍射角k 也各不相同，于是复色光被分解，在中央 k=0，k =0 处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线．在零级谱线的两侧对称分布着3,2,1k级...