分光计的调节与光栅衍射
物理实验报告
一、【实验名称】
分光计的调节与使用及光栅的衍射
二、【实验目的】
1、掌握分光计的调整技术和技巧；
2、用分光计测三棱镜的一个顶角；
3、进一步熟悉分光计的调整与使用；
4、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；
5、加深理解光栅衍射公式及其成立条件。
三、【实验原理】
1、分光计的调节
1：狭缝装置2：狭缝装置锁紧螺丝3：准直管
4：制动架（二）5：载物台6：载物台调平螺丝
7：载物台锁紧螺丝8：望远镜9：望远镜锁紧螺丝
10：阿贝式自准直目镜11：目镜视度调节手轮12：望远镜光轴高低调节螺丝13：望远镜光轴水平调节螺丝14：望远镜微调螺丝15：转轴与度盘止动螺丝16：望远镜止动螺丝17：制动架（一）18：底座
19：转座20、21：度盘、游标盘
22：游标盘微调螺丝23：游标盘止动螺丝24：准直管光轴水平调节螺丝
25：准直管光轴高低调节螺丝26：狭缝宽度调节手轮
图1 分光计的结构
分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长、折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长、折射率，此外还能精确地测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。使用分光计时必须经过一系列精细调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。
（1）分光计的结构
分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。外形如图1所示。
1）底座——中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。
2）平行光管——是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。
3）望远镜——观测用，由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以互相移动，也可以用螺钉固定，如图19-2所示。在中管的分划板下方紧贴一块45o 全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口。光线从小棱镜的另一直角边入射，从45o反射面反射到分划板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗。
图19- 2
4）载物台——放平面镜、棱镜等光学元件用，台面下的三个螺钉可调节台面的倾斜角度，平台的高度可悬松螺钉（7）升降，调到合适位置再锁紧螺钉。 5）读数圆盘——是读数装置，由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成。度盘上刻有720等分刻线，格值为30′。在游标盘对称方向设有两个角游标，这时因为读数时，要读出两个游标处的读数值，然后取平均值，这样可消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差。
读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。读数时以角游标零线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合的刻线为所求的分值，如果游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上30′。
（2）分光计的调整原理和方法
调整分光计，最后要达到下列要求：
平行光管发出平行光；
望远镜对平行光聚焦（即接收平行光）；
望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。
分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。
1）调整望远镜
①目镜调焦
这是为了使眼睛通过目镜能清楚地看到如图19-3所示分划板上的刻线。调焦方法使把目镜调焦手轮轻轻旋出，或悬进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。
②调望远镜对平行光聚焦
这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是：
(a) 把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面镜和载物台下三个调节螺钉的相对位置如图19-4所示。
图19- 3 图19-4
(b)粗调望远镜光轴与镜面垂直——用眼睛估测一下，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。
（c）观察与调节镜面反射像——固定望远镜，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动，这就是镜面反射像，如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。
③调整望远镜光轴垂直仪器主轴
当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，如图19-3所示。平面镜绕轴转180o后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜主轴也垂直仪器主轴。
在调整过程中出现的某些现象是何原因？调整什么？应如何调整？这些都是在实验中需要特别注意的。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面举例说明：
（a）载物台倾角没调好的表现及调整
假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，如图19-4所示。平面镜A面反射光偏上，载物台转180o后，B面反射光偏下。在目镜中看到的现象是A面反射像在B面反射像的上方。显然，调整方法是把B面像（或A面像）向上或（向下）调到两像点距离的一半，使镜面A和B的像落在分划板上同一高度。
（b）望远镜光轴没调好的表现及调整
假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，如图19-5所示。在图（a）中，无论平面镜A面还是B面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方。在图（b）中，镜面反射光都偏下，反射像都落在上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上即可，见图（c）。
（c）载物台和望远镜光轴都没调好的表现及调整
表现是两镜面反射像一上一下。先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但像点没落在上十字线上），再把像调到上十字线上
2）调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴
将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。
调整方法是：取下平面镜和目镜照明光源，狭缝对准前方水银灯光源，使望远镜转向平行光管方向，在目镜中观察狭缝像，沿轴向移动狭缝筒，直到像清晰，这表明光管已发出平行光。再将狭缝转向横向，调螺钉（25），将像调到中心横线上，如图19-6所示。这表明平行光管光轴已与望远镜光轴共线，所以也垂直
仪器主轴。螺钉（25）不能再动。再将狭缝调成垂直，锁紧螺钉.
衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 2．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?。如果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：
()sin sin d i m ?λ±= （1）
式中，λ为入射光的波长。当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，（1）式括号内取正号，在光栅法线两侧时，（1）式括号内取负号。
如果入射光垂直入射到光栅上，即i=0，则（1）式变成：
sin m d m ?λ= （2）
这里，m =0，±1，±2，±3，…，m 为衍射级次，?m 第m 级谱线的衍射角。
图3衍射光谱的偏向角示意图 图4光栅衍射光谱 四、【仪器用具】
?
图2 光栅的衍射
平行光
望远镜物镜
黄
绿 紫
黄 绿 紫
中央明纹
1.分光计
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。
2.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。如果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向不平行于分光计方向，但谱线本身仍平行于狭缝。显然这会影响测量结果。通过调整小平台，可使光栅刻痕平行于分光计主轴。为调节方便,放置光栅时应使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。
3.水银灯
1．水银灯谱线的波长
颜色紫绿黄红
404.7 491.6 577.0 607.3
407.8 546.1 579.1 612.3 波长/nm 410.8 623.4
433.9 690.7
434.8
435.8
2.水银灯光谱图
汞灯的多级衍射光谱
3.使用水银灯注意事项
l)水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V电源，否则要烧毁。
2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。
3)水银灯的紫外线很强，不可直视。
五、【实验内容】
1.分光计的调节。
参照实验原理1-（2）分光计的调整原理和方法用平面镜调整分光计，这里不再赘述
2.在光线垂直入射的情形下，即i=0时，测定光栅常数和光波波长。
①调整光栅平面与平行光管的光轴垂直。平行光垂直入射于光栅平面，这是式
(2)成立的条件，因此应做仔细调节，使该项要求得到满足。调节方法是:先将望远镜的竖叉丝对准零级谱线的中心，从刻度盘读出入射光的方位(注意:零级谱线
很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱其光强)。再测出同一m 级左右两侧一对衍射谱线的方位角，分别计算出它们与入射光的夹角，如果二者之差不超过a ＇角度，就可认为是垂直入射。
光栅G 在小平台上的位置
光栅调节示意图
②测定m ?。光线垂直于光栅平面入射时，对于同一波长的光，对应于同一m 级左右两侧的衍射角是相等的。为了提高精度，一般是测量零级左右两侧各对应级次的衍射线的夹角2m ?，如图所示。测量时应注意消除圆度盘的偏心差。 ③求d 及λ。已知水银灯绿线的波长546.1nm λ=，由测得的绿线衍射角m ?求出光栅常数d 。 六、【数据处理】
已知水银灯绿线的波长546.1nm λ=
衍射光谱级次（K ） -1 1 -2
2 左侧衍射光方位?左 121°23’ 140°13’
113°52’ 150°27’ 右侧衍射光方位?右
301°34’
320°23’
293°02’
330°08’
左左左m m m ???-2= 18°50’
36°35’
右
右右m m m ???-2=
18°49’ 37°06’
）
右左m m m ???22(2+=/2 18°50’ 36°51’
m m ??2=/2
9°25’ 18°26’
由式（2）
sin m d m ?λ=
平行光管
光栅
望远镜
a b
c
得
m
m d ?λ
sin =
一级光栅常数d 1=3337.7557nm 二级光栅常数d 2=3454.1318nm 七、【附上原始数据】
实验七 用分光计测光栅常数和光波的波长
实验七用分光计测光栅常数和光波的波长 【实验目的】 1. 熟悉分光计的操作 2. 用已知波长光光栅常数 3. 用测出的光栅常数测某一谱线的波长 【实验仪器】 分光计及附件一套，汞灯关源；光栅一片 【实验原理】 本实验是利用全息光栅进行测量，光源采用GD20低压汞灯，它点燃之后能发生较强的特性光谱线，在可见区辐射的光谱波长分别为5790A0，5770 A0，5461 A0，4358 A0，4047 A0。 根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0, ±1, ±2,±3,······) d-----光栅常数θ-----衍射角λ-------单色光波长 由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，通过分光计观察时如（图8-3）所示。
这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790 A0）对准该谱线的某级亮纹(例如K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈y，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅常数d，并对绿光进行观察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y，代入公式，又可求出λg 。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的其他谱线进行观察和计算。 【实验步骤】 （实验之前请先看实验七附录） １、先进行目镜和望远镜的调焦； ２、调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴； ３、平行光管的调焦； ４、调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴； ５、将平行光管狭缝调成垂直；（1-5安装时已基本调好） ６、调节光栅平面，使光栅与转轴平行，且光栅平面垂直于平行光管。 调节方法：先开汞灯光源，把平行光管的狭缝照亮，把望远镜叉丝对准狭缝象，固定望远镜的锁紧螺钉。关掉汞灯光源，开亮望远镜的照明光源，再把光栅放置在载物平台上，并使之固定（夹紧）其位置以三只调平螺钉为准如（图8-4）所示。 尽可能做到光栅平面垂直平分B、C，然后转动读数圆盘，若已锁紧，须放松螺钉（20）再调节B、C下面的螺钉，直到望远镜中从光栅平面反射回来的亮十字象和叉丝重合，既可固定圆盘，锁紧螺钉（20） ７、调节光栅，使其刻痕与转轴平行。光栅平面虽然平行转轴，但刻痕不一定平行转轴，调节方法是点亮汞灯，让望远镜对各条谱线进行初步观察，同时调节A下面 的螺钉（B、C不能动）使叉丝垂直与谱线平行。调好之后，关掉汞灯，回头检查 步骤（6）是否有变动，这样反复多次调节，直至（6、7）两个要求同时满足为止。８、测光栅常数d：先对准中央亮纹，在刻度盘上读出二个数字θ左和θ右取其平均值，作为该位置的相对角度θ〈0。然后分别对K＝±1时黄光谱线进行观察，（λy＝5790
光栅衍射实验实验报告
工物系 核11 李敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验 一、 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； 二、 实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长 如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i 角，入射到光栅上产生衍射；出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹，其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍，即 ()sin sin d i m ?λ ±= （1） m 为衍射光谱的级次， 3,2,1,0±±±.由这个方程，知道了λ?,,,i d 中的三个 量，可以推出另外一个。 若光线为正入射，0=i ，则上式变为 λ ?m d m =sin （2） 其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。 据此，可用分光计测出衍射角m ?，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求 波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长 如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧，（1）式中应取加号，即d (sin φ+sin ι)=mλ。以Δ=φ+ι为偏向角，则由三角形公式得 2d (sin Δ 2cos φ?i 2 )=mλ （3） 易得，当φ?i =0时，?最小，记为δ，则(2.2.1)变
为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ （4） 由此可见，如果已知光栅常数d ，只要测出最小偏向角δ，就可以根据（4）算出波长λ。 三、 实验仪器 3.1分光计 在本实验中，分光计的调节应该满足：望远镜适合于观察平行光，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。 3.2光栅 调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表 2.使用注意事项 （1）水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V 电源，否则要烧 毁。 （2）水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。 （3）水银灯的紫外线很强，不可直视。 四、 实验任务 （1）调节分光计和光栅使满足要求。 （2）测定i=0时的光栅常数和光波波长。 （3）测定i=15°时的水银灯光谱中波长较短的黄线的波长
用分光计测光栅常数和光波的波长
衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】 1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长． 3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识． 【实验仪器与用具】 分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】 普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝． 图15—1光栅衍射图 光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．
下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ，于是，形成亮条纹的条件为： (a+b)sinφ= Kλ，K = 0，±1，±2，… 或d sinφ＝Kλ．（15－1） 式中，d＝a+b称为光栅常数，λ为入射光波波长，K为明条纹(光谱线)级数，φ是K级明条纹衍射角． K＝0的亮条纹叫中央条纹或零级条纹，K＝±1为左右对称分布的一级条纹，K ＝±2为左右对称的二级条纹，以此类推． 光栅狭缝与刻痕宽度之和a+b称为光栅常数．若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕，则光栅常数d＝(a+b)= cm．当a+b已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15－1)即可算出光波波长λ．当λ已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15—1)可计算出光栅常数． 图15－2 光栅的放置 在λ和a+b一定时，不同级次的条纹其衍射角不同．如a+b很小，则光栅衍射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量．另外，如果K和a+b一定时，则不
对透射闪耀光栅的傅里叶分析
对透射闪耀光栅的傅里叶分析 【摘要】一般的透射光栅光谱的缺点是，没有色散的零级主极大占去了入射能量中的很大一部分，剩下的能量又要分配到正负各级主极大上，造成用来分析的有色散的那些谱线中只分配到很小的能量。在实际的应用中，要设法把能量集中分配到所要利用的那级光谱中，闪耀光栅就是为此目的设计的。研究从不同方向入射透射闪耀光栅的透射函数，利用傅里叶光学，从理论上分析透射闪耀光栅衍射图样的复振幅和光强分布与闪耀角及波长的关系。 【关键词】透射闪耀光栅;闪耀角;波长 Abstract：the general transmission grating spectroscopy of disadvantage is that not the dispersion of the zero level great Lord takes up a large part of the incident energy，the remaining energy to be assigned to all levels of the main great，used for analysis of dispersion of the spectral line caused by assigned to only small fraction of energy.In the actual application，try to focus your energy allocation to have to use the magnitude spectrum，blazed grating is designed for this purpose.Research from different direction incident transmission of blazed grating transmission function，using the Fourier optics，theoretically analyzed transmission blazed grating diffraction pattern of complex amplitude distribution of light intensity and blaze Angle and the relationship between the wavelength. Keywords：transmission blazed grating;blaze Angle;wavelength 1.引言 最早的光栅要归功于美国天文学家李敦豪斯。1786年，他在两根由钟表匠制作的细牙螺丝之间，平行地绕上细丝，在暗室里透过它去看百叶窗上的小狭缝时，观察到三个亮度差不多相同的像，在每边还有几个另外的像，“离主线越远，它们越暗淡，有彩色，并且有些模糊。”他实际上制成了透射光栅，还在费城做了光栅实验。他制作的最好光栅，约为4.3线/mm。1801年杨氏在“光的理论”一文中，介绍了他研究光栅的情况，他利用一块刻有相邻间隔约为0.05mm的一系列平行线的玻璃测微尺，当作光栅。1813年，他认识到所观察到的彩色是由于相邻刻线的微小距离所致。1821年，夫琅和费发现衍射角与丝的粗细或缝宽窄无关，而只与这两者之和即光栅常量d有关。1867年卢瑟福设计了以水轮机为动力的刻划机，制作的光栅优于当时最好的光栅;1870年他在50mm宽的反射镜上用金刚石刻刀刻划了3500槽，这是第一块分辨率和棱镜相当的光栅;1877年他制出了680线/mm的光栅。19世纪80年代，罗兰为了系统地测量光谱线的波长，致力于光栅刻划技术的提高，制成了优良的衍射光栅。1920年，伍德研究出通过改进光栅刻槽的形状，即利用“闪耀”技术，大大提高光栅的衍射效率。经过一代又一代物理学家的不懈努力，光栅已成为实用的分光元件，在光谱学研究中发挥了重要作用。
物理实验报告记录《用分光计和透射光栅测光波波长》
物理实验报告记录《用分光计和透射光栅测光波波长》
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3 精选范文:物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)【实验目的】 观察光栅的衍射光谱，掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【实验仪器】 分光计，透射光栅，钠光灯，白炽灯。 【实验原理】 光栅是一种非常好的分光元件，它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类，本实验采用透射光栅，它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件，刻痕处不透光，未刻处透光，于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数，用d 表示。 由光栅衍射的理论可知，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射，同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉，光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件 k = 0， ±1， ±2， … (10) 的衍射光在该衍射角方向上将会得到加强而产生明条纹，其它方向的光将全部或部分抵消。式（10）称为光栅方程。式中d 为光栅的光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。当k=0时，θ= 0得到零级明纹。当k = ±1， ±2 …时，将得到对称分立在零级条纹两侧的一级，二级 … 明纹。 实验中若测出第k 级明纹的衍射角θ，光栅常数d 已知，就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。 【实验内容与步骤】 1．分光计的调整 分光计的调整方法见实验1。 2．用光栅衍射测光的波长 （1）要利用光栅方程(10)测光波波长，就必须调节光栅平面使其与平行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝，使望远镜目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像，然后固定望远镜。将装有光栅的光栅支架置于载物台上，使其一端对准调平螺丝a ，一端置于另两个调平螺丝b 、c 的中点，如图12所示，旋转游标盘并调节调平螺丝b 或c ，当从光栅平面反射回来的“十”字像与分划板上方的十字线重合时，如图13所示，固定游标盘。 物理实验报告 ·化学实验报告 ·生物实验报告 ·实验报告格式 ·实验报告模板图12 光栅支架的位置 图13 分划板 （2）调节光栅刻痕与转轴平行。用钠光灯照亮狭缝，松开望远镜紧固螺丝，转动望远镜可观察到0级光谱两侧的±1、±2 级衍射光谱，调节调平螺丝a （不得动b 、c ）使两侧的光谱线的中点与分划板中央十字线的中心重合，即使两侧的光谱线等高。重复（1）、（2）的调节，直到两个条件均满足为止。 （3）测钠黄光的波长 ① 转动望远镜，找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/，并记入表 4 中。 ② 右转望远镜，找到一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ右和θ右/，并记入表4中。 ③ 左转望远镜，找到另一侧的一级像，并使之与分划板上的中心垂线重合，读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ左和θ左/，并记入表4中。 3．观察光栅的衍射光谱。 将光源换成复合光光源（白炽灯）通过望远镜观察光栅的衍射光谱。 【注意事项】 1．分光计的调节十分费时，调节好后，实验时不要随意变动，以免重新调节而影响实验的进行。 2．实验用的光栅是由明胶制成的复制光栅，衍射光栅玻璃片上的明胶部位，不得用手触摸或纸擦，以免损坏其表面刻痕。 3．转动望远镜前，要松开固定它的螺丝；转动望远镜时，手应持着其支架转动，不能用手持着望远镜转动。 【数据记录及处理】 表4 一级谱线的衍射角 零级像位置 左传一级像 位置 偏转角 右转一级像 位置 偏转角 偏转角平均值 光栅常数 钠光的波长λ0 = 589·3 nm 根据式（10） k=1， λ= d sin 1= 相对误差 【思考题】 1． 什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？ 2． 分光计的主要部件有哪四个？分别起什么作用？ 3． 调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴时很重要的一项工作是什么？如何才能确保在望远镜中能看到由双面反射镜反射回来的绿十字叉丝像？ 4． 为什么利用光栅测光波波长时要使平行光管和望远镜的光轴与光栅平面垂直？ 5． 用复合光源做实验时观察到了什么现象，怎样解释这个现象？ [物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》(共2篇)]篇一：物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 物理实验报告《用分光计和透 射光栅测光波波长》 【实验 目的】
光栅的选择与分析
最基础的光栅方程如下： (1-1) 在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定，光栅绕其中心旋转。因此，分离角D V成为常数，由下式决定， (1-2) 对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程(1-1)可改写为： (1-3) 假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出，参看图1.1、1.2和第2.6节。 图 1.1 单色仪结构示意
图 1.2 摄谱仪结构示意 L = 入射臂长度 A L = 波长l n处出射臂长度 B b =光谱面法线和光栅面法线的夹角 H L =光栅中心到光谱面的垂直距离 H 1.2 角色散 rad/nm (1-4) dβ = 两个不同波长衍射后角度的差值（弧度） dλ = 两个波长的差值（nm） 1.3 线色散 线色散定义为聚焦平面上沿光谱展开方向单位长度对应的光谱宽度，单位是nm/mm，?/mm，cm-1/mm。以两台线色散不同的光谱仪为例，其中一台将一段0.1nm宽的光谱衍射展开为1mm，而另一台则将10nm宽的光谱衍射展开为1mm。 很容易想象，精细的光谱信息更容易通过第一台光谱仪得到，而非第二台。相比于第一台的高色散，第二台光谱仪只能被称为低色散仪器。线色散指标反映了光谱仪分辨精细光谱细节的能力。 中心波长l在垂直衍射光束方向的线色散可表示为： nm/mm (1-5) 式中L B为等效出射焦距长度，单位mm，而dx是单位间隔，单位mm。参见图1.1。 单色仪中，L B为聚焦镜到出口狭缝的距离，或者当光栅为凹面型时光栅到出口狭缝的距离。因此，线色散与cos b成正比，而与出射焦长L B、衍射级数k以及刻线密度n这些参数成反比。
光栅常数测定实验数据处理及误差分析(精)
2012大学生物理实验研究论文 光栅常数测定实验数据处理及误差分析 摘要：在光栅常数的测定实验中，很难保证平行光严格垂直人射光栅，这将形成误差，分光计的对称测盘法只能消除误差的一阶误差，仍存在二阶误差。.而当入射角较大时，二阶误差将不可忽略。 关键词：误差，光栅常数，垂直入射，数据处理 Analysis and Improvements of the Method to Measure the Grating Constant xuyongbin (South-east University, Nanjing,,211189) Abstract: During the measuring of grating constant determination,the light doesn’t diffract the grating and leads to error.Spectrometer rm,there is still the measured the symmetry disc method can only eliminate the first -order correction term,there is still the second-order correction error.When the incident angle of deviation is large,the error can not be ignored,an effective dada processing should be taken to eliminate the error . key words: Grating Constant，Accidental error ,Improvements 在光栅常数测定的实验中，当平行光未能严格垂 直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除 一阶误差，仍存在二阶误差，我们根据推导，采取新 的数据处理方式以消除二阶实验误差。 1.1 光栅常数测定实验误差分析 在光栅光谱和光栅常数测定实验中，我们需要调节 光栅平面与分光计转抽平行，且垂直准直管，固定 载物台，但事实上，我们很做到，因此导致了平行 光不能严格垂直照射光栅平面，产生误差，虽然分 光计的对称测盘可以消除一阶误差，但当入射角
光栅衍射实验报告
字体大小：大| 中| 小2007-11-05 17:31 - 阅读：4857 - 评论：6 南昌大学实验报告 --- ---实验日期： 20071019 学号：+++++++ 姓名：++++++ 班级：++++++ 实验名称：光栅衍射 实验目的：1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2.加深对分光计原理的理解。 3.用透射光栅测定光栅常数。 实验仪器：分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器） 实验原理: 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上
的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射，所有衍射之间又发生干涉，而这种干涉条纹是定域在无穷远处，为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 （1） 出现明纹时需满足条件 （2） （2）式称为光栅方程，其中：为单色光波长；k为明纹级数。 由（2）式光栅方程，若波长已知，并能测出波长谱线对应的衍射角，则可以求出光栅常数d 。 在=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线，则对称地分布在零级谱线的两侧，如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线： 紫色1=435.8nm;绿色2=546.1nm;黄色两条3=577.0nm和4=579.1nm。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。 角色散率D（简称色散率）是两条谱线偏向角之差Δ两者波长之差Δ之比：
闪耀光栅数字微镜的设计与模拟仿真
闪耀光栅数字微镜的结构设计与模拟仿真 引言 基于MEMS 制造技术的闪耀光栅数字微镜显示技术是一种全新的显示技术, 它的基本工作原理为：平行的复合白色光线以固定的入射角照射在闪耀光栅微镜阵列上，驱动电路驱动每个像素单元的闪耀光栅微镜偏转不同角度，在特定的衍射方向上得到的R 、G 、B 以及不可见波长的光线经过成像镜头后形成彩色画面。 微镜结构设的计基本要求 闪耀光栅数字微镜显示技术的核心部件是闪耀光栅数字微镜。要达到便携应用和投影应用的目的，闪耀光栅数字微镜结构设计需满足以下基本要求。 1、 尽可能减小显示单元的尺寸 为了得到准确的基色，要求入射的复合白色光线在微镜总像素尺度范围内保持平行，否则，由于入射光线的角度偏差，将导致画面色彩的偏离。当微镜总像素尺度较小时，容易得到理想的、具有较强亮度的平行照射光线。若增加像素单元尺寸，需要更大面积的平行强光，这无疑会增加光源系统的功率和制造成本。 2、 尽可能提高像素的填充率 闪耀光栅数字微镜的填充率主要取决于像素间距，而像素间距的大小又与驱动方式有关。在MEMS 系统中，最为高效的驱动方式为静电驱动。通过在两块板上施加电压，可以在板间形成静电场，两片板间的静电力由以下公式计算。 22 021F d WLV r d εε= 式中，r ε为相对介电常数，0ε为自由空间介电常数，W 是电极板的宽，L 是电极板长，d 是电极板间的距离，V 为施加于电极板之间的电压，d F 是垂直于电极板的静电力。 从以上公式可知，静电力的大小与电极板之间的距离平方成反比，与电极板的面积成正比，降低板间距离和增加电极板面积都能增加静电力。梳状电极是增加面积的常用方式，在单镜以及扫描镜成像方式中，梳状致动器被广泛采用。通常，梳状致动器需耗用较大硅面积，对于像素阵列而言，这将极大降低填充率，无法形成可以接受的显示画面。提高静电力的更好办法是尽可能降低电极板之间的距离。 3、采用尽可能低的驱动电压 从静电力公式还可以看到，静电力的大小与驱动电压的平方成正比。提高驱动电压可以有效地提高静电力。对于便携应用，电源通常是锂电池，输出电压多为十伏以内。这就要求微镜的驱动电压也必须与之相适应，基于固定应用的220V 电压驱动电压显然不适合用于移动应用中。 4、确定的几何结构参数要确保微镜具有足够的强度和寿命 与GLV 通过光栅节距的变化来实现光线的空间调制不同，闪耀光栅微镜是通过微镜的偏转，使入射光线的入射角发生变化来实现光线的空间调制。微镜的偏转主要有变形、移动、活塞和扭转等方式。变形、移动和活塞方式通常利用材料的变形来产生，例如，在压电或聚合材料上施加电压时，能使这些材料产生较大尺度的变形，经过运动机构的作用，使材料变形转变为镜面的转动。在以上方式中，扭转轴方式以响应速度快、黏结性低、无磨损的优点被广泛采用。扭转微镜结构设计时要考虑的主要内容是要能够用尽可能低的驱动电压达到所需偏转角度的同时，还需保证特定材料的几何结构能通过剪切应力的校核。 根据材料力学，矩形截面扭转轴的扭转角由以下公式确定： GJ TL =φ 式中，T 为电极板产生的静电力引起的对于扭转轴的扭矩，L 为扭转轴支点到扭转轴镜面连接点的长度，G
光栅衍射实验报告
光栅衍射实验报告 字体大小：大|中|小2007-11-05 17:31 - 阅读：4857 - 评论：6 南昌大学实验报告 ------实验日期： 20071019 学号：+++++++ 姓名：++++++ 班级：++++++ 实验名称：光栅衍射 实验目的：1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2. 加深对分光计原理的理解。 3. 用透射光栅测定光栅常数。 实验仪器：分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器） 实验原理： 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）构成的,是单缝的组合体,其
示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上
,常用的是复制光栅和 的刻痕起着不透光的作用，两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵 全息光栅。图1中的为刻痕的宽度，为狭缝间宽度，为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度，即光栅的单位长度上的条纹 数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路 图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射， 所有衍射之间又发生干涉，而这种干涉条纹是定域在无穷远处，为此在光栅后要加一个会聚透镜， 在用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着会聚透镜的作用，相邻两缝对应的光程差为 （1） 岀现明纹时需满足条件 （2） （2 ）式称为光栅方程，其中：为单色光波长；k为明纹级数。 由（2 ）式光栅方程，若波长已知，并能测岀波长谱线对应的衍射角，则可以求岀光栅常数 d。 在=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线，则对称地分布在零级谱线的 两侧，如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同 的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线： 紫色1=435.8nm; 绿色2=546.1 nm; 黄色两条3=577.0nm 和4=579.1 nm 。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。
分光计的调整和光栅常数的测定
实验4-11 分光计的调整及光栅常数测定 分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。 【实验目的】 1． 了解分光计的基本构造，学会调整分光计。 2． 观察光栅衍射现象，学会用分光计测光栅常数。 【实验原理】 光栅是利用衍射原理使光发生色散的光学元件，其由大量等宽、等间距、相互平行的狭缝（或刻痕）组成。光栅分为透射式和反射式两类，并有平面、凹面之分。 根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色平行光垂直照射到光栅上时，经每一狭缝的光都要产生衍射，由于各缝发出的衍射光都是相干光，彼此要产生干涉，于是在透镜L 的焦平面上，就会形成一系列被相当宽的暗区隔开的又细又亮的明条纹，称为谱线（见图4-11-1）。各明条纹所对应的衍射角φ应满足下列条件 λφk b a =+sin )( ( ,2,1,0±±=k ) （4-11-1） 式中a 为狭缝宽度，b 为缝间距离，（b a +）称为光栅常数，k 为光谱线的级次。对 应于k =0的明条纹为中央明条纹，也称为零级谱线。若入射光为复色光，则各波长的零级谱线均在同一位置，其它级次的谱线位于零级谱线的两侧，且同级谱线按不同波长，从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。由式（4-11-1）可以看出，如果已知入射光波长，只要测出其k 级谱线相应的衍射角φ就可以计算出光栅常数。 【实验仪器】 分光计、平面反射镜、光栅、汞灯 图4-11-1 光栅
VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析_梁万国
第22卷第6期半 导 体 学 报 V o l.22,N o.6 2001年6月 CHIN ESE JOU R NA L O F SEM I CO N DU CT O RS June ,2001 *国家“863”高技术计划资助项目.2000-06-19收到,2000-08-22定稿 ○ c 2001中国电子学会VCD 和DVD 用全息光栅衍射效率的分析 * 梁万国1 郑婉华1 谢敬辉2 梁恩主1 陈良惠1 李 卉1 刘 浩 1 (1中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京 100083) (2北京理工大学光电工程系,北京 100081) 摘要:在V CD 和DV D 中由于使用了全息光学元件,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少.分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的一般计算公式,并给出了光栅沟槽形状为“方波”时光栅衍射效率的计算公式,由此计算出了V CD 和DV D 实用的全息光学元件的蚀刻深度.关键词:全息光学元件;光学读出头;衍射效率 EEACC :4320J ;4270;4140 中图分类号:O 438.1 文献标识码A 文章编号:0253-4177(2001)06-0784-04 1 序言 八十年代末、九十年代初,夏普(SHARP) [1] 、松 下(M ATSU SHIT A )[2]等CD 唱机、CD -ROM 及其 元器件的主要生产厂家先后研制出集成了或部分集成了半导体激光器(LD )、光电集成电路(集成有半导体光探测器PD 和放大电路)和全息光学元件(HOE )的混合集成元件,以满足对CD 和CD -ROM 提出的小型化、高速度的要求.96至97年以来,随着DV D 的出现和迅速发展,几家大公司在原有CD 用OEIC 的基础上,推出了几种不同形式的DVD 用OEIC ,甚至DVD /CD 兼容的OEIC 组件. 从构成上看,这种OEIC 组件有的包括LD 、PD 、放大器和HOE,有的只包含上述部分元件.从集成方式上看,有两种典型方式.一种以夏普公司的产品为代表,另一种以松下公司的产品为代表. 夏普公司的组件中,LD 与OPIC 分别安装在底座不同位置上,由带有玻璃窗口的管帽封装.在玻璃窗口上方,是一个全息光学元件.该全息光学元件由玻璃制成,在其上、下两面,分别刻有全息光栅,光栅由标准的光刻工艺制造.OPIC 采用硅双极工艺制造,PD 与放大电路实现单片集成.夏普公司此类组件已成系列,从用于CD/CD-ROM 到97年推出的 用于2倍速DVD -ROM .其用于2倍速DVD 的组 件响应频率大于20MHz .最近,该公司正在开发用于4倍速DVD 的OPIC . 总之,经多方调查,DVD /CD 用OEIC 组件的 开发与研制已成为实现DVD/CD 系统高速度、高可靠性、小型化的关键,因而也成为各商家竞争的焦点之一. 本文研究各种沟槽形状光栅的衍射效率的计算方法. 2 全息光学头的结构和探测原理 2.1 全息激光头的结构 图1为SHARP 公司生产的传统光学读出头和全息光学读出头的结构示意图[1].在图1(a)传统的光头中,由激光器(Laser Diode )发出的激光经光栅 (Grating)衍射后分为0,±1,±2,…等衍射级,在光盘信号的读出、聚焦和循迹中,只用0,±1级衍射光(其它级的衍射光当杂散光处理),它们经分束镜(Beam -Splitter )反射后进入准直镜和物镜,经准直镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,经光盘反射后的诸光束再经准直镜、物镜后入射到分束镜上,经分束镜透射后入射到一凹面镜(Concave
光栅衍射实验报告
光栅衍射实验 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________ 一、0i =时，测定光栅常数和光波波长 光栅编号：___2____；?=仪___1’___；入射光方位10?=__7°6′__；20?=__187°2′__。 由衍射公式，入射角0i =时，有sin m d m ?λ=。 代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′，求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角，得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1
()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1，()576.80.5nm λ=±黄2，()435.70.4nm λ=±紫 由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近，但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值（给定的绿光波长与级数为准确值），而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差，观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。 二、150'i =?，测量波长较短的黄线的波长 光栅编号：___2____；光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__；2n ?=__172°1′__。
2020年光栅衍射实验报告范文
实验时间2019 年 月 日签到序号 【进入实验室后填写】 福州大学 【实验七】 光栅的衍射 （206 实验室） 学学院 班班级 学学号 姓姓名 实验前必须完成【实验预习部分】 登录下载预习资料 携带学生证提前 10 分钟进实验室 实验预习部分【实验目的】 】 【实验仪器】( 名称、规格或型号) 【实验原理】（文字叙述、主要公式、衍射的原理图）实验预习部分【实验步骤和注意事项】 】 实验预习部分
一、 巩固分光计的结构（P 197 ，图25-10 ） 载物台 6 7 25 望远镜11 12 15 16 17 平行光管2 27 调节分光计，要求达到（验调节步骤参阅实验25 ） ⑴⑴望远镜聚焦于无穷远，且其光轴与仪器转轴垂直。 ⑵⑵平行光管产生平行光，且其光轴与望远镜光轴同轴等高，狭缝为宽度在望远镜视场中约为1 mm （狭缝宽度不当应由教师调节） 二、光栅位置的调节 1 、光栅平面与平行光管轴线垂直 ①①转动望远镜使竖直叉丝对准 。 ，然后固定望远镜位置。 ②放置光栅时光栅面要垂直
。 ③③调节 螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的绿色十字叉丝像与 重合。 2 、光栅上狭缝与仪器转轴平行。 松开望远镜止动螺钉，向左（或向右）转动望远镜，观察各谱线，调节被螺丝使各谱线都被分划板视场中央的水平叉丝平分。 3 、反复调节直到1 和2 两个要求同时满足！ 数据记录与处理【一】测定光栅常数 测出第一级绿光谱线的衍射角 绿=541 nm k=1 置望远镜位置 T 1 置望远镜位置 T 2 1 1 2 2 2 1 2 1 1- -41 1′＝ rad） （弧度） 10sin 绿 kd
闪耀光栅
闪耀光栅 闪耀光栅 blazed grating 当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀（blaze），这种光栅称为闪耀光栅。 在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角（blaze angle）。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长（bl aze wavelength）。 通过闪耀角的设计，可以使光栅适用于某一特定波段的某一级光谱。 闪耀光栅的优点 透射光栅有很大的缺点，主要是衍射图样中没有色散的零级主最大总是占总光能的很大一部分，其余光能分散在各级光谱中，而实际使用光栅时往往只利用它的某一级。这对光栅的应用是很不利的。 闪耀光栅则实现了单缝衍射中央最大值的位置从没有色散的零级光谱转移到其他有色散的光谱级上。 CD光盘可以看作粗制的闪耀光栅。
第一章光学分析法引论-1.3 光谱法仪器 背景知识 三、光谱仪器 组成：光源，单色器，样品容器，检测器(光电转换器、电子读出、数据处理及记录)。 ? 光源
对光源的要求：强度大(分析灵敏度高)、稳定(分析重现性好)。 *Laser=light amplification by stimulated emission of radiation 2. 分光系统( monochromator, wavelength selector ) 定义：将由不同波长的“复合光”分开为一系列“单一”波长的“单色光”的器件。 理想的100% 的单色光是不可能达到的，实际上只能获得的是具有一定“纯度”的单色光，即该“单色光具有一定的宽度(有效带宽)。有效带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。 构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。 1 )棱镜( Prism )： 棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小，波长小的折射率大。
光栅衍射实验实验报告
工物系 核11 敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验 一、 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； 二、 实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长 如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i 角，入射到光栅上产生衍射；出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹，其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍，即 ()sin sin d i m ?λ ±= （1） m 为衍射光谱的级次， 3,2,1,0±±±.由这个方程，知道了λ?,,,i d 中的三个 量，可以推出另外一个。 若光线为正入射，0=i ，则上式变为 λ ?m d m =sin （2） 其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。 据此，可用分光计测出衍射角m ?，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求 波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长 如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧，
（1）式中应取加号，即。以为偏向角，则由三 角形公式得 （3） 易得，当时，?最小，记为 ，则(2.2.1)变为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ （4） 由此可见，如果已知光栅常数d ，只要测出最小偏向角，就可以根据（4） 算出波长。 三、 实验仪器 3.1分光计 在本实验中，分光计的调节应该满足：望远镜适合于观察平行光，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。 3.2光栅 调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表 颜色 紫 绿 黄 红 波长/nm 404.7 491.6 577.0 607.3 407.8 546.1 579.1 612.3 410.8 623.4 433.9 690.7
光栅光谱
光 栅 光 谱 仪 实 验 报 告 11级物理学01班
光栅光谱演示实验报告 光栅光谱仪系统 (Grating spectrum-meter system) 光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥 着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长 辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围（UV- IR），高光谱 分辨率（到0.001nm）,自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融 合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。 实验目的：演示氦、氖、氢、汞、氮气体的光谱，并通过正交光栅观察这些光谱管的衍射图像。实验原理：光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。为 更好协助各位使用者选择，在此做一简要介绍。 光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表 面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽 是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻 划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱 分辨率。 氦、氖、氢、汞、氮气体的放电管能显示出这些气体的特定波长的各种特征谱线。 气体放电管由储气室和毛细管构成，其一端为阳极，另一端为阴极。不同的气体放 电管充以不同的气体，例如氦气、氖气等。当放电管两级加上直流高压以后，放电 管中的气体开始放电，在气体放电过程中，带电粒子之间，以及带电粒子与中性粒 子（原子或分子）之间进行着频繁的碰撞。碰撞使中性粒子（原子或分子）由基态 跃迁到激发态。当原子或分子由激发态跃迁回到基态时发射光子。气体放电发射的 光谱与气体元素有关，因为不同原子（分子）的结构各不相同，能级也不相同，因 此发射的光谱也彼此各异。光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、