光栅衍射预习版

光栅衍射实验[实验目的](1)进一步熟悉分光计的调整与使用;(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法;(3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。[实验原理]一、测定光栅常数和光波波长光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经过透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图 1 所示，设光栅常数 d=AB 的光栅 G，有一束平行光与光栅的法线成 i 角的方向，入射到光栅上产生衍射。从 B 点作 BC 垂直于入射光 CA，再作 BD 垂直于衍射光 AD，AD 与光栅法线所成的夹角为。假如在这方向上由于光振动的加强而在 F 处产生了一个明条纹，其光程差 CA+AD 必等于波长的整数倍，即： （4.10.1）式中，为入射光的波长。当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，（4.10.1）式括号内取正号，在光栅法线两侧时，（4.10.1）式括号内取负号。 假如入射光垂直入射到光栅上，即 i=0，则（4.10.1）式变成： （4.10.2）这里，k=0，±1，±2，±3，…，k 为衍射级次，k为第 k 级谱线的衍射角。图 1 光栅的衍射图 2 衍射光谱的偏向角示意图2．用最小偏向角法测定光波波长如图 2 所示，波长为的光束入射在光栅 G 上，入射角为 i，若与入射线同在光栅法线 n 一侧的 m 级衍射光的衍射角为沪，则由式(4.10.1)可知 （4.10.3）若以△表示入射光与第 m 级衍射光的夹角，称为偏向角， （4.10.4）显然，△随入射角 i 而变，不难证明时△为一微小值，记作，称为最小偏向角。并且仅在入射光和衍射光处于法线同侧时才存在最小偏向角。此时 （4.10.5）带入式（4.10.3）得 m=0 ， ±1 ， ±2 ， … (4.10.6)由此可见，如已知光栅常数 d，只要测出了最小偏向角，就可根据式(4.10.6)算出波长。[实验仪器]一、分光计 分光计的结构和调整方法见 4.3 节。在本实验的各项任务中，为实现平行光入射并测准光线方叫位角，分光计的调整应满足:望远镜适合于观察平叫行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。二、光栅如前所述，光栅上有许多平行的，等距离的刻线。在本实验中应使光栅刻线与分光计主轴平行。假如光栅刻线不平行于分光计主轴，将会发现衍射光谱是倾斜的并且倾斜方向垂直于光栅刻痕的方图 4.10.3 光栅刻痕不平行于分光计向，但谱线本身仍平行于狭缝，如图4.10.3 所示。显然这会影响测量结果。通过...