用光柵測(cè)量光波波長(zhǎng)

北京科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告用光柵測(cè)量光波波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院班級(jí)學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)儀器【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)和使用分光儀觀察光柵衍射現(xiàn)象。（2）學(xué)習(xí)利用光柵衍射測(cè)量光波波長(zhǎng)的原理和方法。（3）了解角色散與分辨本領(lǐng)的意義及測(cè)量方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】JJY分光儀(1’)、光柵、平行平面反射鏡、汞燈等。實(shí)驗(yàn)原理（限400字以內(nèi)）光柵方程dsin?=kλ主極大的級(jí)數(shù)限制：k≤2、光柵色散本領(lǐng)與分辨本領(lǐng)光柵的分光原理：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射角越大。色散現(xiàn)象：入射光是復(fù)合光，不同的波長(zhǎng)被分開，按從小到大依次排列，成為一組彩色條紋，就是光譜。K級(jí)次的角色散率：D光柵的分辨本領(lǐng)定義為剛好能分辨開的兩條單色譜線的波長(zhǎng)差δλ與這兩種波長(zhǎng)的平均值之比：實(shí)驗(yàn)步驟光柵方程是在平行光垂直入射到光柵平面的條件下得出的，因此要按此要求調(diào)節(jié)儀器：按實(shí)驗(yàn)4.14【實(shí)驗(yàn)裝置】部分的“1.分光儀的構(gòu)造”和“2.分光儀的調(diào)節(jié)”內(nèi)容調(diào)節(jié)好分光儀。調(diào)節(jié)光柵平面使之與平行光管光軸垂直：調(diào)B2或B3十字水平線。調(diào)節(jié)光柵使其透光狹條與儀器主軸平行：調(diào)B1使譜線高度一致。用汞燈照亮平行光管的狹縫，設(shè)平行光垂直照射在光柵上，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡定性觀察譜線的分布規(guī)律與特征；然后改變平行光在光柵上的入射角度，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡定性觀察譜線的分布的變化。測(cè)量肉眼可以很清楚看到的汞燈藍(lán)色、綠色、黃色I(xiàn)、黃色I(xiàn)I四條譜線。使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)中央亮線，向左轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)觀察到的每一條汞光譜線，使譜線中央與分劃板的垂直線重合，將望遠(yuǎn)鏡此時(shí)的角位置(P左,讀數(shù)：【分析討論】討論光柵的作用、汞光譜線的分布規(guī)律與特征、平行光入射角度對(duì)譜線分布的影響等，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。答：1、光柵主要有四個(gè)基本性質(zhì):色散、分束、偏振和相位匹配，光柵的絕大多數(shù)應(yīng)用都是基于這四種特性。光柵的色散是指光柵能夠?qū)⑾嗤肷錀l件下的不同波長(zhǎng)的光衍射到不同的方向，它使得光柵取代棱鏡成為光譜儀器中的核心元件；光柵的分束特性是指光柵能夠?qū)⒁皇肷鋯紊夥殖啥嗍錾涔獾谋绢I(lǐng)；光柵的相位匹配性質(zhì)是指光柵具有的將兩個(gè)傳播常數(shù)不同的波禍合起來的本領(lǐng)。最明顯的例子是光柵波導(dǎo)禍合器，它能將一束在自由空間傳播的光束禍合到光波導(dǎo)中。衍射光柵是一種分光元件,也是光譜儀器的核心元件。2、高壓汞燈的相對(duì)光譜能量分布如圖所示：可見光區(qū)4根汞線的強(qiáng)度(404nm、436nm、546nm

和577—579nm)明顯更強(qiáng)，總輻射能量中約有37％是可見光，其中一半以上集中在這4根汞的特征譜線上。3、當(dāng)入射光線與光柵不垂直而偏離的角度α小于3°時(shí)。這部分誤差較小而可以忽略，但隨著偏離角度的增大，測(cè)量誤差會(huì)顯著增加，衍射條紋會(huì)相應(yīng)地移動(dòng)一個(gè)角度，要用d*（sin入射角+sinφ）=kλ進(jìn)行計(jì)算。4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確。3、【思考題】如何利用分光儀測(cè)量光柵的光柵常數(shù)？給出實(shí)驗(yàn)方法和主要實(shí)驗(yàn)步驟。答：讓已知波長(zhǎng)為λ的入射光垂直照射到光柵上,用分光儀測(cè)量并計(jì)算出θ，之后根據(jù)光柵方程,dsinθ=kλ求出d。主要實(shí)驗(yàn)步驟：緊接著本節(jié)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，將汞燈換成波長(zhǎng)為λ的入射光垂直照射到光柵上，根據(jù)本節(jié)實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量步驟中的操作得到和，重復(fù)測(cè)量2~3次，利用衍射角計(jì)算公式計(jì)算出θ，最后帶入光柵方程求解出d。【