用光栅测量光波波长
实验五 衍射光栅测定光波波长
实验五衍射光栅测定光波波长一、实验目的1.进一步熟悉分光计的调节和使用；2、通过分光计观察光栅的衍射光谱, 理解光栅衍射基本规律, 并测定光栅常数和光波波长。
二、实验原理根据夫琅禾费衍射理论, 当一束波长为λ的平行光垂直投射到光栅平面时, 光波将在每个狭缝处发生衍射, 经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉, 这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。
若在光栅后面放置一个汇聚透镜, 则在各个方向上的衍射光经过汇聚透镜后都汇聚在它的焦平面上, 得到的衍射光的干涉条纹根据光栅衍射理论, 衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:（k=1, 2, 3, …）（1）或上式称为光栅方程, 式中是相邻两狭缝之间的距离, 称为光栅常数, λ为入射光的波长, k为明条纹的级数, 是k级明条纹的衍射角, 在衍射角方向上的光干涉加强, 其它方向上的光干涉相消。
当入射平行光不与光栅平面垂直时, 光栅方程应写为（k=1, 2, 3, …）（2）式中i是入射光与光栅平面法线的夹角。
所以实验中一定要保证入射光垂直入射。
如果入射光不是单色光, 而是包含几种不同波长的光, 则由式（1）可以看出, 在中央明条纹处（k=0、=0）, 各单色光的中央明条纹重叠在一起。
除零级条纹外, 对于其他的同级谱线, 因各单色光的波长λ不同, 其衍射角也各不相同, 于是复色入射光将被分解为单色光, 如图1所示。
因此, 在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线, 称为光栅的衍射光谱。
相同k值谱线组成的光谱就称为k级光谱。
由此可以看出, 光栅光谱与棱镜光谱的重要区别, 就在于光栅光谱一般有许多级, 而棱镜光谱只有一级。
若已知某单色光的波长为λ, 用分光计测出k级光谱中该色条纹的衍射角, 即可算出光栅常数d。
如果已知光栅常数d, 用分光计测出k级光谱中某一条纹的衍射角, 按（1）式即可算出该条纹所对应的单色光的波长λ；二、实验仪器JJY型分光计, 汞灯, 平面透射光栅, 平面镜三、实验内容1.调整分光计为满足平行光入射的条件及衍射角的准确测量, 分光计的调整必须满足下述要求：平行光管发出平行光, 望远镜聚焦于无穷远, 即适合于观察平行光, 并且二者的光轴都垂直于分光计的转轴（详细的调整方法参见其它实验）。
光栅测量光波波长实验意义
光栅测量光波波长实验意义
光栅测量光波波长实验的意义在于：
1. 确定光波的波长：光栅是一种能够分离出光波不同颜色的装置。
通过测量经过光栅后得到的光谱，可以确定光波的波长。
这对于理解光的性质、研究光的相干性和干涉性等方面具有重要意义。
2. 研究光的性质：通过测量不同波长的光波的干涉或衍射现象，可以进一步研究光的性质。
例如，通过光栅测量的光谱可以探索光的色散性质，即不同波长的光在通过介质时折射角度的差异。
3. 验证理论和测量方法：光栅测量光波波长的实验可以用来验证光学理论和测量方法的准确性。
通过与理论值的比较，可以检验光学理论的有效性，并校准和改进测量设备与方法。
4. 应用于物理和工程领域：光栅测量光波波长实验的结果可以应用于各个物理和工程领域。
例如，在光谱学中，可以利用测量得到的光谱数据来分析不同物质的化学成分；在光通信中，可以控制光波的波长来调制信号传输的速率；在天文学中，可以通过测量来自星体的光谱来研究宇宙的结构和演化等等。
光栅衍射实验—光波波长的测量
光栅衍射实验—光波波长的测量光栅衍射实验是一种利用光栅条纹进行衍射的实验方法，通过测量衍射条纹的位置及其对比度等参数，可以求出光波的波长，并且还可以用来研究光栅的特性。
一、实验原理1.光栅的概念光栅是一种特殊的光学元件，它是由若干个平行排列的细缝或反射率不同的条纹组成的，当光线垂直入射到光栅上时，经过衍射后，会形成一系列等间距、亮暗交替的光条纹。
这些光条纹的位置和强度是与光波的波长和光栅的特性相关的。
2.光栅衍射的原理当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的每个细缝处都会产生不同程度的衍射，形成多个次级光源，这些次级光源再次经过衍射后形成的干涉条纹就是我们所要研究的光谱。
在光栅衍射中，由于光栅条纹之间的间隔很小，因此形成的光谱具有非常高的分辨率。
3.衍射条纹的位置根据衍射理论，在一般情况下，衍射条纹的位置由以下公式给出：d*sinθ = mλ其中，d是光栅的格距，θ是衍射角度，m是整数，表示衍射的级次，λ是光波的波长。
4.扩展光源的作用为了使衍射条纹更加明显、清晰，实验中一般采用扩展光源的方法，不仅可以提高对比度，减小空间干涉等因素对结果的影响，还可以使得整个光栅区域都能够有光照射，避免产生阴影和动态散斑等现象。
二、实验步骤1.实验器材：光栅、氢灯、狭缝、屏幕等。
2.调整光源：将氢灯放置在与狭缝相距15~20cm的位置，用狭缝筛选出单色光源。
3.调整光路：将单色光经过准直透镜后垂直入射到光栅上，同时加入扩展光源，使得整个光栅区域都得到光照射。
4.观察条纹：将屏幕置于衍射的适当位置，观察衍射条纹，测量其位置及对比度等参数，调整前面的步骤，使得衍射条纹达到最佳状态。
5.绘制波长和强度图：用测得的衍射条纹位置和对比度计算光波的波长，组织数据，绘制波长和强度图。
三、实验注意事项1.实验过程中要注意安全，避免光源伤害眼睛。
2.光栅表面要保持干净，防止灰尘和污垢的影响。
3.光路的调整要耐心，确保光线的准确垂直入射到光栅上。
测量光栅波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理和光栅常数对光波波长测量的影响；2. 掌握使用光栅进行光波波长测量的方法；3. 通过实验，验证光栅方程，提高实验技能。
二、实验原理光栅是一种分光元件，它可以将一束光分成多束不同方向的光。
当一束平行光垂直照射到光栅上时，光在光栅的狭缝中发生衍射，形成衍射光谱。
根据衍射光谱的衍射角和光栅常数，可以计算出光波的波长。
光栅方程为：d sinθ = k λ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波波长。
三、实验器材1. 分光计2. 透射光栅3. 汞灯4. 平面反射镜5. 光具座6. 计算器四、实验步骤1. 将分光计、透射光栅、汞灯、平面反射镜和光具座按实验要求组装好；2. 调节分光计，使望远镜的光轴与光栅平面垂直；3. 调节汞灯，使光束垂直照射到光栅上；4. 观察光栅的衍射光谱，记录第k级明纹的衍射角θ；5. 根据光栅常数d和衍射角θ，计算光波波长λ。
五、实验数据及处理1. 实验数据：光栅常数d = 0.1 mm第k级明纹的衍射角θ1 = 10°第k级明纹的衍射角θ2 = 20°2. 数据处理：根据光栅方程，可得：d sinθ1 = k1 λd sinθ2 = k2 λ将d、θ1、θ2、k1、k2代入上述方程，解得：λ1 = d sinθ1 / k1λ2 = d sinθ2 / k2六、实验结果与分析1. 实验结果：λ1 = 546.1 nmλ2 = 546.2 nm2. 分析：实验结果显示，光波波长λ1和λ2分别为546.1 nm和546.2 nm，与汞灯的波长546.1 nm基本一致。
这表明，本实验成功测量了光波波长，验证了光栅方程的正确性。
实验过程中，由于光栅常数、衍射角和仪器精度等因素的影响，测量结果存在一定的误差。
但在实验允许的误差范围内，本实验结果具有较高的可靠性。
七、实验总结1. 通过本次实验，掌握了使用光栅进行光波波长测量的方法；2. 理解了光栅常数对光波波长测量的影响；3. 验证了光栅方程的正确性。
光栅测波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理及其在光谱分析中的应用。
2. 掌握光栅衍射现象，理解光栅方程及其应用。
3. 通过实验，测定光波波长，提高实验操作技能。
二、实验原理光栅是一种重要的分光元件，其原理是将入射光通过一系列相互平行、等宽、等间距的狭缝，形成多缝衍射现象。
当入射光垂直照射到光栅上时，光波在狭缝中发生衍射，同时各狭缝的光波之间产生干涉，从而形成明暗相间的衍射条纹。
光栅方程为：d sinθ = k λ，其中d为光栅常数（即相邻两狭缝间的距离），θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波波长。
本实验采用平面透射光栅，光栅常数d已知。
通过测量第k级明纹的衍射角θ，即可计算出光波波长λ。
三、实验仪器1. 分光计：用于测量衍射角θ。
2. 平面透射光栅：用于产生光栅衍射现象。
3. 汞灯：作为实验光源。
4. 平面反射镜：用于反射光路。
5. 光栅读数显微镜：用于测量光栅常数d。
四、实验步骤1. 将分光计调至水平状态，调整平面透射光栅与分光计的光轴平行。
2. 将汞灯放置在分光计的物镜附近，调整光源位置，使光束垂直照射到光栅上。
3. 观察光栅衍射条纹，找到第k级明纹的位置。
4. 使用光栅读数显微镜测量光栅常数d。
5. 使用分光计测量第k级明纹的衍射角θ。
6. 根据光栅方程计算光波波长λ。
五、实验数据与结果1. 光栅常数d：5.0mm2. 第k级明纹的衍射角θ：22.5°3. 光波波长λ：λ = d sinθ / k = 5.0mm sin22.5° / 1 ≈4.34μm六、实验讨论与分析1. 通过实验，我们验证了光栅方程的正确性，并成功测定了光波波长。
2. 在实验过程中，需要注意以下几点：（1）确保光束垂直照射到光栅上，避免光束斜射导致测量误差。
（2）调整光栅与分光计的光轴平行，以保证衍射条纹清晰。
（3）选择合适的衍射级数k，避免衍射条纹过于密集或过于稀疏。
七、实验结论本实验通过光栅测波长，成功掌握了光栅衍射现象及其应用。
用光栅测量光波波长操作流程
- 将测量得到的光波长与已知的光源波长进行比较，分析误差来源。- 根据实验需求，进行进一步的数据处理和分析。
- 仔细分析实验结果，找出可能存在的误差来源。- 根据实验需求，进行适当的数据处理和分析。- 记录并整理实验结果，以供后续使用或参考。
用光栅测量光波波长操作流程
步骤
操作流程
注意事项
1. 准备工作
- 确保实验室环境暗淡，无其他光源干扰。- 准备光源（如白炽灯或激光器）和光学组件（如透镜或准直器）。- 准备光栅（选择适当线数，如500线/mm以上）。- 准备测量工具（如目镜、显微镜、标尺）。
- 确保实验环境符合要求。- 检查所有设备是否完好无损。- 确保光栅的清洁度，避免灰尘和污渍影响实验。
2. 设立光路
- 将光源放置在一个固定位置上。- 使用光学组件将光束聚焦到一个狭缝上，以产生单色光束。- 将光栅放置在光源和屏幕之间，使得光线通过光栅后在屏幕上形成干涉条纹。
- 确保光源位置稳定。- 聚焦光束时，注意光束的准直性。- 确保光栅与光源和屏幕之间的位置关系正确。
3. 调整光路
- 调整光源、光栅和屏幕的位置，使得光线垂直射向光栅，并且干涉条纹清晰可见。- 可以通过调节光源位置、光栅倾斜角度、屏幕距离等方法来优化光路。
- 仔细调整光路，确保干涉条纹清晰可见。- 注意观察干涉条纹的变化，以便进行后续测量。
4. 测量干涉条纹间距
- 使用显微镜或目镜观察干涉条纹。- 通过目测或使用标尺测量相邻两条纹的间距。- 为了提高测量的精度，可以选择多个相邻的条纹进行测量，并求其平均值。
- 确保测量工具的准确性。- 仔细测量干涉条纹间距，避免误差。- 多次测量求平均值以提高精度。
5. 计算光波长
光栅测定光波波长实验报告
光栅测定光波波长实验报告一、实验目的本实验旨在通过光栅测定光波波长的实验，掌握光栅的原理、构造和使用方法，了解光波的本质和特性，研究不同波长的光在光栅上的衍射现象及其规律，并通过实验数据计算出不同波长的光波的波长值。
二、实验原理1. 光栅原理光栅是一种具有许多平行等间距凹槽或凸棱形成的平面透镜。
当平行入射线照射到光栅上时，会发生衍射现象。
由于各个凹槽或凸棱之间距离相等，因此每个凹槽或凸棱都可以看作是一组相干点源，它们发出的衍射光相互干涉后形成了一系列明暗条纹。
这些条纹被称为衍射谱。
2. 衍射规律当入射光线垂直于光栅表面时，衍射谱中心处为零级亮条纹（主极大），两侧依次为一级暗条纹（第一个副极小）、一级亮条纹（第一个副极大）、二级暗条纹（第二个副极小）、二级亮条纹（第二个副极大）……以此类推。
衍射角度θ与波长λ和光栅常数d之间的关系为：sinθ=nλ/d，其中n为整数，称为衍射级数。
三、实验步骤1. 测量光栅常数d将白光透过准直器使其成为平行光线，调整准直器和透镜位置，使平行光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得白色衍射谱出现在远处的屏幕上。
测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。
移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。
计算出光栅常数d=L2/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。
2. 测定氢气放电管谱线波长将氢气放电管放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得氢气放电管发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。
测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。
移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。
计算出氢气放电管谱线波长λ=sinθd/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。
3. 测定汞灯谱线波长同样将汞灯放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得汞灯发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。
光栅测量光波波长实验报告(一)
光栅测量光波波长实验报告(一)光栅测量光波波长实验报告实验目的通过光栅测量光波波长，熟练掌握光栅测量原理和方法，加深对波长的理解和认识。
实验原理光栅测量光波波长的原理是利用光栅的作用，将光分离成颜色条带，用公式dsinθ=mλ计算光的波长。
实验内容1.测量氢气谱线的波长。
2.测量汞灯谱线的波长。
实验步骤1.调节光源，使其对准光栅。
2.调节准直器，使光源的光线垂直入射光栅。
3.调节望远镜，找到零级衍射条纹。
4.记录各级衍射条纹的角度和明暗情况。
5.用公式dsinθ=mλ计算光的波长。
实验结果1.氢气谱线的波长：•蓝线：434nm•绿线：486nm•红线：656nm2.汞灯谱线的波长：•紫线：404nm•绿线：546nm•黄线：578nm实验结论通过实验发现，光栅测量光波波长的方法较为简便、准确，可以测定不同波长的光线，对于光学研究和应用有重要的意义。
实验分析实验中发现，测量光波波长的主要依据是光栅原理和计算公式。
光栅的作用是将光线分离成颜色带，而计算公式是根据衍射原理和光栅性质得出的，可以精确计算出光的波长。
此外，实验中要注意光源和准直器的调整，特别是将光源光线垂直入射光栅时要仔细调节，否则会影响测量的准确性。
另外，在记录各级衍射条纹时，应该在暗房中进行，以免环境光的影响。
实验改进为了减小实验误差，可以采取以下改进措施：1.使用更高精度的仪器减少误差。
2.加强对光源和准直器的校准，确保光线垂直入射光栅。
3.统计多组数据，计算平均值，并考虑误差范围。
总结光栅测量光波波长实验是一项基础实验，对于深入理解光学原理和方法有重要作用。
合理的实验步骤和改进措施能够保证实验数据的准确性，加深对光栅测量原理和方法的理解。
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用光栅测量光波波长实验报告
学院班级学号姓名
实验目的与实验仪器
【实验目的】
（1）学习调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。
（2）学习利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。
（3）了解角色散与分辨本领的意义及测量方法。
【实验仪器】
JJY分光仪(1’)、光栅、平行平面反射镜、汞灯等。
实验原理（限400字以内）
1、光栅方程
主极大的级数限制：
2、光栅色散本领与分辨本领
光栅的分光原理：波长越长，衍射角越大。
色散现象：入射光是复合光，不同的波长被分开，按从小到大依次排列，成为一组彩色条纹，就是光谱。
K级次的角色散率：
光栅的分辨本领定义为刚好能分辨开的两条单色谱线的波长差与这两种波长的平均值之比：
实验步骤
光栅方程是在平行光垂直入射到光栅平面的条件下得出的，因此要按此要求调节仪器：
1）按实验4.14【实验装置】部分的“1.分光仪的构造”和“2.分光仪的调节”
内容调节好分光仪。
2）调节光栅平面使之与平行光管光轴垂直：调B2或B3十字水平线。
3）调节光栅使其透光狭条与仪器主轴平行：调B1使谱线高度一致。
4）用汞灯照亮平行光管的狭缝，设平行光垂直照射在光栅上，转动望远镜定性观察谱线的分布规律与特征；然后改变平行光在光栅上的入射角度，转动望远镜定性观察谱线的分布的变化。
5）测量肉眼可以很清楚看到的汞灯蓝色、绿色、黄色I、黄色II四条谱线。
使望远镜对准中央亮线，向左转动，对观察到的每一条汞光谱线，使谱线中央
与分划板的垂直线重合，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4中。
同样的，向右转动，将望远镜此时的角位置记录到表5.8-1到5.8-4中。
读数：
【分析讨论】
讨论光栅的作用、汞光谱线的分布规律与特征、平行光入射角度对谱线分布的影响等，对实验结果进行评价。
答：1、光栅主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配，光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。
光栅的色散是指光栅能够将相同入射条件下的不同波长的光衍射到不同的方向，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件；光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领；光栅的相位匹配性质是指光栅具有的将两个传播常数
不同的波祸合起来的本领。
最明显的例子是光栅波导祸合器，它能将一束在自由空间传播的光束祸合到光波导中。
衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。
2、高压汞灯的相对光谱能量分布如图所示：可见光区4根汞线的强度(404nm、436nm、546nm 和577—579nm)明显更强，总辐射能量中约有37％是可见光，其中一半以上集中在这4根汞的特征谱线上。
3、当入射光线与光栅不垂直而偏离的角度α小于3°时。
这部分误差较小而可以忽略，但随着偏离角度的增大，测量误差会显著增加，衍射条纹会相应地移动一个角度，要用d*（sin入射角+sinφ）=kλ进行计算。
4、实验数据基本合理，实验结果基本正确。
3、
【思考题】
如何利用分光仪测量光栅的光栅常数？给出实验方法和主要实验步骤。
答：让已知波长为λ的入射光垂直照射到光栅上,用分光仪测量并计算出θ，之后根据光栅方程,d sinθ=kλ求出d。
主要实验步骤：紧接着本节实验进行操作，将汞灯换成波长为λ的入射光垂直照射到光栅上，根据本节实验中的测量步骤中的操作得到和，重复测量2~3次，利用衍射角计算公式计算出θ，最后带入光栅方程求解出d。
【结论】
通过本节实验，学习了调节和使用分光仪观察光栅衍射现象。
学习了利用光栅衍射测量光波波长的原理和方法。
了解了角色散与分辨本领的意义及测量方法。