光栅特性及测定光波波长-实验报告
衍射光栅测波长实验报告
衍射光栅测波长实验报告一、实验目的1、了解衍射光栅的基本原理和特性。
2、掌握用衍射光栅测量光波波长的方法。
3、学会使用分光计等光学仪器进行测量和读数。
二、实验原理衍射光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的光学元件。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，每条狭缝都将产生衍射现象，由于各狭缝衍射光之间的干涉，在屏幕上会出现明暗相间的条纹，称为光栅衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长），如果已知光栅常数$d$和衍射角$＼theta$，就可以求出入射光的波长$＼lambda$。
三、实验仪器1、分光计分光计是一种用于测量角度的精密光学仪器，主要由望远镜、平行光管、载物台和读数圆盘等部分组成。
2、光栅本实验使用的光栅为每毫米刻有 600 条刻痕的光栅。
3、汞灯作为光源，提供已知波长的光进行测量。
四、实验步骤1、调整分光计（1）调节望远镜聚焦于无穷远，使能看清远处的物体。
（2）调整望远镜光轴与分光计中心轴垂直。
（3）调整平行光管，使其发出平行光，并使其光轴与望远镜光轴重合。
2、放置光栅将光栅放置在载物台上，使光栅平面与平行光管光轴垂直。
3、测量汞灯谱线的衍射角（1）打开汞灯，用望远镜观察衍射条纹。
（2）分别测量汞灯中黄 1（波长 5770nm）、黄 2（波长 5791nm）两条谱线的衍射角。
对于每条谱线，分别测量左右两侧的衍射角$＼theta_{左}＄和$＼theta_{右}＄，然后取平均值$＼theta ＝（＼theta_{左} ＋＼theta_{右}）／2$。
4、计算光栅常数$d$根据光栅方程，对于已知波长的汞灯谱线，已知衍射级数$k$（通常取 1）和测量得到的衍射角$＼theta$，可以计算出光栅常数$d$。
5、测量未知波长的光的衍射角用同样的方法测量未知波长光的衍射角，然后根据计算得到的光栅常数$d$和测量的衍射角，计算出未知光的波长。
光栅测波长实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅测波长实验报告篇一：光栅衍射实验报告4.10光栅的衍射【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】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。
1．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：d?sin??sini??m?（1）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：图1光栅的衍射式中，?为入射光的波长。
当入射光和衍射光都在光栅法线同侧时，（1）式括号内取正号，dsin?m?m?（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2衍射光谱的偏向角示意图图3光栅衍射光谱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(1)可知d?sin??sini??m?（3）若以△表示入射光与第m级衍射光的夹角，称为偏向角，i（4）显然，△随入射角i而变，不难证明??i时△为一极小值，记作?，称为最小偏向角。
测光栅波长的实验报告
测光栅波长的实验报告测光栅波长的实验报告引言：光栅是一种非常重要的光学元件，广泛应用于光谱学、光学仪器和光学通信等领域。
测光栅波长是一项基础实验，通过实验可以了解光栅的原理和性能。
本实验旨在通过测量光栅的衍射光谱，计算出光栅的波长，并验证实验结果与理论值的一致性。
实验材料和仪器：本实验所需材料和仪器有：光栅、单色光源、测角仪、光电二极管、数字多用表、平行光管、三脚架等。
实验步骤：1. 将光栅置于光路中央，与光源和光电二极管分别对准。
2. 调整光源和光电二极管的位置，使得入射光与衍射光垂直。
3. 调整光源的位置和角度，使得入射光尽可能平行。
4. 用测角仪测量出光栅的入射角和衍射角，并记录下来。
5. 使用数字多用表测量光电二极管接收到的衍射光的电压值，并记录下来。
6. 重复上述步骤，分别使用不同波长的单色光源进行测量。
实验原理：光栅是由许多平行的透明或不透明条纹构成的，当入射光通过光栅时，会发生衍射现象。
根据光栅的特点，可以推导出入射光和衍射光的关系，进而计算出光栅的波长。
根据衍射理论，光栅的衍射光谱满足以下公式：mλ = d(sinθi ± sinθd)其中，m为衍射级次，λ为波长，d为光栅常数，θi为入射角，θd为衍射角。
通过实验测量得到的光栅常数d和衍射角θd，可以利用上述公式计算出波长λ。
实验结果与分析：在实验中，我们使用了不同波长的单色光源进行测量，得到了相应的衍射角和电压值。
根据实验数据，我们可以计算出光栅的波长，并与理论值进行比较。
在比较过程中，我们需要考虑到实验误差的存在，以及仪器的精度等因素。
通过对多组实验数据的处理和分析，我们得到了光栅的平均波长，并计算出了相应的误差范围。
实验结果与理论值相比较，误差在可接受范围内，说明实验结果是比较准确的。
实验结论：通过本实验，我们成功地测量了光栅的波长，并验证了实验结果与理论值的一致性。
实验结果表明，光栅是一种非常重要的光学元件，可以用于测量和分析光谱，具有广泛的应用前景。
实验二 光栅特性及光波波长测量
实验三
[目的要求]
偏振现象的研究(一)
（设计性实验）
1、观察光的偏振现象，熟悉偏振的基本规律； 2、了解产生和检验偏振光的原理和基本方法；
[仪器用具]
分光计，偏振片(起偏器、检偏器各一片)，1／4 波片，玻璃平晶， 钠灯。
[实验原理]
光的干涉、 衍射现象无可辩驳地说明了光的波动性质， 而光的偏振则清楚地显示了光的 横波性， 即电矢量与磁矢量的振动方向都与波的传播方向垂直。 通常用电矢量代表光的振动 方向。如果电矢量只在单一的方向上振动，我们称这种光为线偏振光。另外，按偏振状态的 不同，还分椭园偏振光、园偏振光、部分偏振光等，详细论述请参看有关教科书。
D=
k d
（9-3）
光谱的角色散几乎与波长无关，即光栅光谱的谱线按波长均匀展开。 分辨本领（R）是光栅的又一重要参数，它表征光栅分辨光谱细节的能力。R 定义为两 条刚被分开的谱线的波长差 d 除该波长 ，即:
R=
d
（9-4）
根据瑞利判据， 当一条谱线的极强与另一条谱线的极弱恰好重合时， 则认为两条谱线刚能被 分开，如图 9-4 所示。因此可导出光栅的分辨本领为: R=kN （9-5） 式中 k 为光谱级数，N 是光栅刻线的总数，由（9-5）式可知，N 越大分辨本领越高；光谱 级数 k 越大，分辨本领也越高。通常 k 不会很大，因此提高分辨本领主要靠增大 N 达到， 一是增大光栅面积，二是提高光栅的线密度（n） 。
2
• • • ）,合振动应为正椭圆偏振光，但当入射光振 （ K = 0,± 1,± 2,
0
动方向与晶轴的夹角 = 0 或 900 时， 退化为线偏振光； 当 45 时为园偏振光， 如图 10-2 所示。具有该种功能的晶片被称为 1／4 波片。 （4） 不等于以上各值时，透射光为斜椭园偏振光。 （请参看有关教科书。 ） 应该强调的是：不论是全波片，半波片还是 1/4 波片，都是针对一定波长而言的。
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。
光栅特性与光波波长测量
衍射光栅的特性与光波波长的测量衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。
实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。
衍射光栅一般可以分为两类:用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。
本实验使用的是透射光栅。
根据多缝衍射的原理,复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线,称为光栅光谱,所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。
在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。
本实验要求:理解光栅衍射的原理,研究衍射光栅的特性;掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法;进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。
【实验原理】1.光栅常数和光栅方程图4.11—1 衍射光栅衍射光栅由数目极多,平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成,用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。
设缝宽为a,相邻狭缝间不透光部分的宽度为b,则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1,这是光栅的重要参数。
根据夫琅和费衍射理论,波长λ的平行光束垂直投射到光栅平面上时,光波将在每条狭缝处发生衍射,各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉,干涉结果决定于光程差。
因为光栅各狭缝间距相等,所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是 dsinθ(图4.11—1。
θ是衍射光束与光栅法线的夹角,称为衍射角。
在光栅后面置一会聚透镜,使透镜光轴平行于光栅法线(图4.11—2,透镜将会使图4.11—2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的P点,由多光束干涉原理,在θ满足下式时将产生干涉主极大,户点为亮点:=k=kdλθ(4.11—1±±,1,2,0(sin式中k是级数,d是光栅常数。
(1式称为光栅方程,是衍射光栅的基本公式。
由(1式可知,θ=0对应中央主极大,P0点为亮点。
中央主极大两边对称排列着±1级、±2级……主极大。
实际光栅的狭缝数目很大,缝宽极小,所以当产生平行光的光源为细长的狭缝时,光栅的衍射图样将是平行排列的细锐亮线,这些亮线实际就是光源狭缝的衍射像。
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。
物理实验报告《利用分光仪和透射光栅测定光波波长》
物理实验报告《利用分光仪和透射光栅测
定光波波长》
实验目的
本实验旨在利用分光仪和透射光栅来测量光波的波长。
实验仪器
- 分光仪
- 透射光栅
实验步骤
1. 将光源对准分光仪的入口处；
2. 调节分光仪的光柱，使其通过透射光栅；
3. 观察出射光的干涉颜色；
4. 调节透射光栅的位置，使出射光颜色达到最强；
5. 记录透射光栅的位置，并计算出光波的波长。
实验结果
通过实验我们得到了光波的波长数据如下：
结论
通过实验测量，我们得到了光波的波长数据。
根据数据分析，我们可以得出结论：在本实验中，利用分光仪和透射光栅测定光波的波长是可行的。
实验总结
本实验通过分光仪和透射光栅的使用，成功地测量出了光波的波长。
实验方法简单，结果可靠。
希望这个实验对于理解光的特性和测量光波的波长有所帮助。
参考文献
- [参考书目1]
- [参考书目2]。
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II. 调节光栅使其刻痕与仪器转轴平行：松开望远镜的紧固螺丝，转动望远 镜，找到光栅的一级和二级衍射谱线，±1，±2，…级谱线分别位于 0 级谱线两 侧。调节各条谱线中点与分划板缘心重合，即使两边光谱等高。调好后，再返 回检查光栅平面是否与平行光管光轴垂直。，若有改变，则要反复调节，知道两 个条件均能满足。 2. 测定光栅常数（绿光的±1 级谱线）
+1 级
-1 级
Δϕ
246°12’ 276°32’ 15°10’
ϕ
15°11’
15°10’ 210°59’ 241°23’ 15°12’ 15°11’
15°15’ 218°34’ 248°53’ 15°10’ 15°13’
15°12’
15°11’ 15°12’
（2）黄 1：
第一次 第二次 第三次 平均
Δϕ
19°9’
+1 级
-1 级
Δϕ
186°11’ 224°28’ 19°9’
第二次 22°15’
60°30’
19°8’ 202°15“ 240°30’ 19°8’
第三次 35°46’
74°2’
19°8’ 215°50’ 254°5’ 19°8’
平均
19°8’
19°8’
δΔϕ
左
=
�0.00022
+
e2 3
左游标读数
+1 级
-1 级
25°58’
66°28’
25°53’
66°24’
33
+1 级
-1 级
Δϕ
20°15’ 205°52’ 246°31’ 20°15’ 20°15’
20°16’ 205°56’ 246°28’ 20°16’ 20°16’
20°16’ 213°28’ 253°59’ 20°16’ 20°16’
ϕ
19°9’ 19°8’ 19°8’ 19°8’
用上述同样方法，在 k=±1 级时，测出水银灯的两条黄线(黄 1)与(黄 2)和紫
线的衍射角。
（1）紫：
第一次 第二次 第三次 平均
左游标读数
+1 级
-1 级
66°11’
96°32’
30°58’
61°17’
38°22’
68°51’
Δϕ
15°11’
右游标读数
根据夫琅禾费衍射理论，当一束平行光垂直的投射到光栅平面上时，光通 过每条狭缝都发生衍射，有狭缝射光又彼此发生干涉。凡衍射角符合光栅方 程：
d sin φ = kλ （k=0，±1，±2，…）
在该衍射角方向上的光将会加强，其他方向几乎完全抵消。式中φ是衍射 角，λ是光波波长，k 使光谱的级数，d 是缝距，称为光栅常数，它的倒数 1／d 叫做光栅的空间频率。
若光源中包含几种不同波长的光，对不同波长的光，同一级谱线将有不同 衍射角φ，因此在透镜的焦面上出现按波长次序级谱线级次，自第 0 级开始左 右两侧由短波向长波排列的各种颜色的谱线，称为光栅衍射光谱。
用分光计测出各条谱线的衍射角φ，若已知光波波长，即可得到光栅常数 d；若已知光栅常数 d，即可得到待测光波波长λ。
分辨本领 R: 定义为两条刚好能被该光栅分辨开的谱线的波长差△λ≡λ2－λ1 去除它们的平均波长：
R≡ λ ， ∆λ
R 越大，表明刚刚那个能被分辨开的波长差△λ越小，光栅分辨细微结构的 能力就越高。由瑞利判据可以知道：
R = kN 其中 N 是光栅有效使用面积内的刻线总数目。 角色散率 D: 定义为同一级两条谱线衍射角之差△φ与它们的波长差△λ之
d2=13.792mm
rad=0.00026rad=1’
δΔϕ
右
=
�0.00022
+
e2 3
rad=0.00026rad=1’
δϕ = 2′
∴ϕ = 19°8′ ± 2′
光栅常数
d
=
kλ sin ϕ
=
1.677������������������������
光栅频率 1 = 596.3 条/mm
d
3. 测定未知光波波长及角色散率
比。它只反映两条谱线中心分开的程度，而不涉及它们是否能够分辨: D ≡ ∆φ = k ∆λ d cosφ
实验内容与数据处理
1. 仪器调节 调节分光计，使望远镜聚焦于无穷远，平行光管产生平行光，平行光管和
望远镜的 光轴都垂直仪器的转轴。并要求光栅平面与平行光管光轴垂直；光栅的刻
痕与仪器转轴平行。 光栅的调节方法如下：
当入射平行光不与光栅表面垂直时，光栅方程应写为： d (sinφ − sin i) = kλ （k=0，±1，±2，…）
若用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的后焦面上将会 出现一系列的亮点，焦面上的各级亮点在垂直光栅刻线的方向上展开，称为谱 线。在φ＝0 的方向上可以观察到中央极强，即零级谱线。其他 ±1，±2，…级 的谱线对称的分布在零级谱线两侧。
n(n−1)
（2）对每一个直接测量量计算：δθ = �δθ2� + �√e3�2
ϕ
=
1 4
(|ϕ+1
−
ϕ−1|
+
|ϕ′+1
−
ϕ−′ 1|)
（3）计算衍射角的不确定度：δϕ = �δ2ϕ+1,L + δ2ϕ−1,L + δ2ϕ−1,L + δ2ϕ−1,R
左游标读数
右游标读数
第一次
+1 级 6°10’
-1 级 44°27’
240°7’ 281°38’ 20°46’ 20°46’
213°24’ 254°1’ 20°19’ 20°20’
20°39’
4. 观察分辨本领与光栅有效面积中的刻线数目 N 的关系
d1=12.191mm l= d2-d1=1.601mm R=k ������������ =0.954
������������
实验名称：光栅特性及测定光波波长
目的要求
1. 了解光栅的主要特性 2. 用光栅测光波波长 3. 调节和使用分光计
仪器用具
1. JJY 型分光计 2. 透射光栅 3. 平面镜 4. 汞灯 5. 钠光灯 6. 可调狭缝 7. 读数显微镜
实验原理
实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多、排列紧密均匀的平 行狭缝。
以水银灯为光源，整体移动分光计，对准光源，使水银灯大体位于平行光 管的光轴上，测出 k=±1 级，波长为 546.07nm 绿光的衍射角φ+1和φ−1 ，求 d，
然后求该光栅的空间频率。一共测三次，取平均值，并求不确定度。不确定度
公式如下：
（1）对每一个直接测量量计算：δθ�
=
��i(xi−x�)2
20°16’
20°16’ 20°16’
（3）黄 2：
第一次 第二次 第三次 平均
左游标读数
+1 级
-1 级
60°2’
101°41’
60°6’
101°36’
33°20’
74°0’
Δϕ
20°50’ 20°45’ 20°20’ 20°38’
右游标读数
ϕ
+1 级
-1 级
Δϕ
240°0’ 281°42’ 20°51’