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(sinkkdk (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3,2,1k级...