平面反射光栅
光栅衍射示意图出射狭缝光屏透镜平面透射光栅平面透射光栅反射光栅PPT文档48页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
光栅衍射示意图出射狭缝光屏透镜平面透 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 射光栅平面透射光栅反射光栅
光栅简要操作步骤
1 T1 T1 T1/ T/1 4
绿 绿 cos绿 d , ud u * 2 sin 绿 sin 绿 180* 60
绿
实验完成后
• 数据签字，签到板签字。 • 将棱镜放入盒中。关闭小灯。 • 桌面垃圾带走，凳子靠桌摆好
衍射光栅
——汞光谱波长测量
华东理工大学物理实验中心
实验注意事项
1.光栅是易损的光学元件，使用时要小心，不能用 手触摸光栅面。
2. 汞灯在使用过程中不能频繁启闭；汞灯光线很强， 不要长时间直视。
二、实验原理
1.衍射光栅和光栅方程
衍射光栅:
光栅是具有空间周期性结构的用于分光的光学元件。 光栅分为透射光栅和反射光栅，若从形状上可分为 平面光栅和凹面光栅，按制作方法又可分为原制光 栅、复制光栅和全息光栅。平面透射光栅是由大量 等宽、等距、排列紧密的平行狭缝构成。
光栅常数:
设平面透射光栅的缝宽为a，相邻两缝间不透光部分 的宽度为b，d = a + b称为
光栅常数。
d
A
D
光栅方程：
C
d (sin k sin ) k
0
时，有：
d sin k k
B
光栅
透镜
k 称为主极大级数
入射光线和衍射光线在 同侧取正，异侧取负
P
P0
光盘的凹槽形成一个衍射光栅，在白光 下能观察到入射光被分离成彩色光谱。
光栅
绿 一级明条纹 K= -1 中央明条纹 K=0
黄
黄 绿
测量量
d sin k
k 1, d
sin
,已知波长，求出 d
单色仪及其应用实验（4篇）
单色仪及其应用实验(4篇)以下是网友分享的关于单色仪及其应用实验的资料4篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
篇一：单色仪及其应用实验实验七平面光栅单色仪应用平面光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可把紫外，可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。
可进行光谱分析、测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性、光源的能谱分析和光栅的集光效率等。
如配备电子束激发器，X射线激发器，光子激发器和高频等离子，辉光放电等稳定光源相配套，可进行光谱的化学分析。
与棱镜相比，光栅具有色散本领大，均匀性好，分辨率高等特点。
因而在光谱学，计量学，光通讯等方面有着广泛的应用。
本实验通过对溴钨灯发射光谱的测量，加深了解平面光栅单色仪和光谱技术的综合应用。
【实验目的】1．掌握平面光栅分光的物理原理。
2．研究夫琅和费衍射的光强分布，加深对衍射理论的了解。
3．观察平面光栅衍射现象，学会平面光栅单色仪的使用。
4．学习使用光电倍增元件来测量和描绘出射光谱的能量分布。
【实验原理】光的衍射现象是指光遇到障碍物时偏离直线传播方向的现象。
而光栅是指任何能起周期性地分割波阵面作用的衍射屏。
作为色散元件的衍射光栅最早是由夫琅和费用细金属丝制成的，夫琅和费用它测出了太阳光谱中的暗线波长。
后来他又用金刚石刻划贴金箔的玻璃板，得到了性能更好的光栅。
常用的衍射光栅分透射式与反射式两种。
透射式光栅是用金刚石刀在平面透明玻璃板上刻划平行，等间距又等宽的直痕而制成的。
反射式光栅是在坚硬的合金板或高反射率平面镜上刻划而成的。
本实验用反射式平面光栅。
理想的反射式平面光栅，可视作是相互平行，等宽，等间距，均匀排列的许多狭缝。
如设光栅的缝宽为d，则d称为光栅常数，本实验中刻线密度为1200条/mm。
根据夫琅和费理论，一束平行光垂直地入射到平面反射光栅上，经各缝衍射后向各方向传播。
衍射角适合如下条件：dsinθ=kλ k=0，±1，±2，±3 …上式称作平行光垂直入射时的光栅方程。
曲面光栅Vs平面光栅的性能优势
曲面光栅Vs平面光栅的性能优势光栅是光谱仪的心脏。
在1950年之前，光谱仪使用棱镜来进行分光。
从50年代开始平面刻画光栅代替棱镜开始大量的被使用在光谱仪中。
现在随着全息技术的发展，另一种全新的功能卓越的分光器件——全息光栅登上了历史舞台。
这种新型的光栅有着刻画光栅无可比拟的优势。
利用全息技术可以根据不同要求在玻璃衬底上刻画出各种形状排列的光栅。
全息光栅由于其刻画形状可控制技术使其可以对象差进行修正。
由此产生出了像差修正的全息型曲面光栅光谱仪的全新设计。
图3. 曲面光栅光谱仪的结构像差修正的全息型曲面光栅对比与普通的平面光栅，主要优势在于：1，曲面光栅和平面光栅的比较：普通平面光栅光谱仪的光路一般都需要两片曲面反射镜，和一片平面光栅来组成。
这样不可避免的由两片镜片引进很多杂散光。
杂散光打到CCD上会形成背景噪声，使系统信噪比降低。
而且光学部件越多，引入的像差就越严重。
2，全息型光栅和刻画型光栅的对比：刻画光栅最大的问题在于其刻画面的粗糙度会导致比较大的散射光。
全息光栅可以把这种散射将到一个很低的水平。
3，像差修正光栅和普通光栅的对比：像差会给CCD相邻像素之间带来串扰，并且会对理论分辨率值造成很大的损失，尤其是非傍轴光。
像差修正光栅则可以将像差对系统的影响降到很低的水平。
下边我们分别从系统的收光能力，系统杂散光，和系统像差三个方面来对平面刻画光栅和全息曲面光栅进行一下比较：一, f-number （光圈）系统收光能力由光栅的f-number来表征，它定义为光栅焦距除以光栅数值孔径。
像差修正曲面光栅可以允许更高f-number。
曲面光栅可以达到f/2，而一般的平面光栅光谱仪只能做到f/3到f/10。
所以曲面光栅光谱仪相对于平面光栅光谱仪有着更高的收集光能力。
以f/2的曲面光栅和f/5的平面光栅为例，其的收光能力之比为5^2 : 2^2 = 25:4, 可见f/2的曲面光栅的收光能力是f/5的平面光栅的6倍。
光栅衍射实验报告(完整版)
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iC B 互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
A G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: F图1 光栅的衍射 dimsinsin,,,, (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，(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:dmsin,,, (2) m这里，m=0，?1，?2，?3，…，m为衍射级次，,第m级谱线的衍射角。
m平行光望远镜物镜黄黄绿绿紫紫中央明纹图3 光栅衍射光谱图2衍射光谱的偏向角示意图光栅G在小平台上的位置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dimsinsin,,,, (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),,i显然，?随入射角i而变，不难证明时?为一极小值，记作,，称为最小偏向角。
反射式光栅
孙硕 尤世伟 周懿杰 陈峥 陈明灿
光Hale Waihona Puke 分析反射式衍射光栅分光原理
分光计
分光：
从复色光中分 离开各种不同 波长的光叫做 光的色散又叫 分光。
用途：
把光源激发出来 的复合光展开成 光谱。
分类
棱镜型
以棱镜为色散元件做成的分光仪， 有水晶、玻璃、萤石之分
光栅型
以光栅为色散元件的分光仪 又有面衍射光栅或凹面衍射光栅之分
光栅与棱镜比较
二次复制法
明胶复制法
光栅方程
对于波长为入的光，其衍射方 向应满足下列方程为 d(sinα—sinβ)=mλ (m 为正整数)
这个公式称光栅方程，这对 平面，凹面，反射和透射光 栅都是适用。当给定光栅的 入射角确定时，便可以计算 不同波长衍射方向。
如果衍射光线和入射光 线同在法线一侧，则光程 差为 d(sinα+sinβ)=mλ
棱镜的工作光谱区受到材料透过率的限制 在小于120纳米真空紫外区和大于50微米 的远红外区不能采用
光栅不受材料透过率的限制 它可以在整个光谱区中应用
光栅角色散在第一级光谱中比棱镜大 不过在紫外250纳米时石英角色散比光 栅角色率大
光栅的分辨率比棱镜大
光栅复制
目前复制法有二种
一次复制法
真空镀膜法
光栅的色散
我们把光栅方程的d 和 α看作常量，对β和λ 求微分可得到
这就是表示光栅的角色散率的公式 其单位是弧度／纳米
线色散率是标志不同波长的谱线 在分光仪焦面上分开的线距离的 大小，它的单位是mm／nm，线色 散率和角色散率的关系为 只有当焦面垂直于仪器的光轴时， 此式能成立
谢谢
419寝室全体同学
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66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
光栅衍射示意图出射狭缝光屏透镜平 面透射光栅平面透射光栅反射光栅
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但Байду номын сангаас些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
第三章原子发射光谱法习题答案
习题1 简述常用光源的工作原理及特点，在实际工作中应如何正确选择所需光源。
2 试从色散率、分辨率等诸方面比较棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪的特点。
3 阐述光谱定性分析的基本原理，并结合实验说明光谱定性分析过程。
4 光谱定量分析的依据是什么？内标法的原理是什么？如何选择内标元素和内标线？5 分析下列试样应选用什么激发光源？什么类型的光谱仪？ （1）矿石矿物的定性和半定量分析；（2）钢中锰（0.0X% ～ 0.X%）的测定； （3）高纯氧化镧中铈、镨、钕的测定；（4）污水中Ti V Fe Cu Mn Cr ,,,,,等（含量为10-6数量级）的测定解：（1）直流电弧；一米光栅摄谱仪 （2）低压交流电弧；中型摄谱仪 （3）高压火花光源；大型摄谱仪（4）高频电感耦合等离子体（ICP ）光源；选ICP —AES 光电直读光谱仪6 平面反射光栅的宽度为50 mm ，刻线为600条/ mm ，求一级光谱的分辨率和在600.0 nm 处能分辨的最近的两条谱线的波长差为多少？当用棱镜为色散元件时，该棱镜材料的色散率λd dn为120 (mm -1)，试求要达到上述光栅同样分辨率时，该棱镜的底边应为多长？ 解：分辨率为： N k R ⋅=∆=λλ300000.506001=⨯⨯=R nm R02.030000.600===∆λλ由公式λd dnmbR =，得 mm d dn m R b 250120130000=⨯==λ7 一平面反射光栅，当入射角为400，衍射角为100时，为了得到波长为400 nm 的一级光谱，光栅上每毫米的刻线为多少？解：由光栅方程公式 (sin sin )d k αβλ+=，得0610sin 40sin 104001sin sin +⨯⨯=+=-βαλk d mm mm d 4410896.4174.0643.0104--⨯=+⨯=刻线数为204210896.414=⨯-条8 若光栅的宽度为50.0 mm ， 每毫米有650条刻线，则该光栅的一级光谱的理论分辨率是多少？一级光谱中波长为310.030 nm 和310.066 nm 的双线能否分开？ 解：分辨率为： N k R ⋅=∆=λλ325000.506501=⨯⨯=Rnm R 0095.032500048.31032500)066.310030.310(21==+==∆λλ即理论分辨率为32500的光栅能够分开波长差为0.0095 nm 的谱线，310.030 nm 和310.066nm 的双线波长差为0.036 nm ，所以能够分开。
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3.4.2 光栅方程
由多缝衍射理论，当光波垂直入射光栅时，衍射图样中
亮线位置由下式决定：
d sin = m
(m = 0, ±1, ±2, …)
—— 光栅方程
当光波斜入射光栅时，光栅方程的普遍表示式
d (sin sin) = m
(m = 0, ±1, ±2, …)
为入射角——入射光与光栅平面法线的夹角； 为衍射角——第 m 级衍射光与光栅平面法线的夹角
1. 透射光栅的衍射
R1
R2
dsin d
R1
R2 dsin
d dsin
dsin (a)
(b)
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
2. 反射光栅的衍射d m d Nhomakorabead cos
② 线色散 dl /d——波长差0.1nm的两条谱线在透镜焦平面 上分开的距离
dl d m f f d d d cos
（2）分辨本领 根据锐利判据，当 + 的 m 级主极大恰好落在 的 m 级主极大旁的第一级极小值处时， 如果 为光栅能分
当 = ，单缝衍射主极大和干涉零级极大的方向一致。
解决办法：在玻璃上刻画出锯齿形沟槽，构成闪耀光栅
衍
衍射主极大方向
干 d
干涉主极大方向
d
透射型
反射型
光栅平面
0
B (最大强度衍射光方向)
d
0
n(刻槽面法线) A (入射光方向) N (光栅面法线)
dsin 反射式闪耀光栅的角度关系
光栅周期为d，槽面与光栅平面夹角为 0(闪耀角)，对于 按 角入射的光束，单槽面衍射主极大在 B 方向；而干 射主极大条件：
d (sin sin ) 2d sin
2
cos
2
m
要使 m 级干射主极大条件在单槽面衍射主极大 B 方向， 根据角度关系：
0
3.4 衍射光栅
3.4.1
3.4.2 3.4.3 各种衍射光栅及其应用
3.4.1 概述
衍射光栅应用非常广泛，通常都是基于夫朗和费多缝
衍射效应进行工作。 最早的光栅是夫朗和费在 1819 年制成的金属丝栅网， 现在的一般光栅是通过在平板玻璃或金属板上刻划出一道 道等宽、等间距的刻痕制成的。
1. 光栅的概念
3.4.2 各种衍射光栅及应用
1. 透射光栅与反射光栅
2. 闪耀光栅
3. 光栅光谱仪
4. 波导光栅
5. 光纤光栅的应用
6. 全息光栅
2. 闪耀光栅
由光栅分光原理可知： 各波长零级衍射主极大重合，无色散。不能用于分光； 高级次衍射主极大的光能量较少。使光能量不能集中到分光
的那一级光谱。
Δ 衍射 a(sin sin ) Δ 干涉 d (sin sin )
光栅方程所确定的是：隶属于各级衍射亮条纹、
并且属于不同干涉级的多光束干涉主极大的方位。
从干涉的角度考虑，光栅方程实质上是多光束 干涉主极大条件加上缺级条件。
4. 衍射光栅的分光原理
d sin = m (m = 0, ±1, ±2, …) 给定光栅常数 d ，当用复色光照射时，除零级衍射光 外，不同波长的同一级衍射光不重合，即“色散”，这就 是衍射光栅的分光原理。 对应于不同波长的各级亮线称为光栅谱线，不同波长 光谱线的分开程度随着衍射级次的增大而增大，对于同一 衍射级次而言，波长大者 大，波长小者 小。
狭义定义：平行、等宽而又等间隔的多狭缝装置。
广义定义：凡是能够起到周期性分割波振面作用的一切光
学元器件。包括晶体光栅、超声光栅、晶体折射率光栅等。
周期性地分割波振面是指：① 周期性分割波振面上的
振幅；② 周期性分割波振面上的相位；③ 既周期性分割波
振面上的振幅，又周期性分割波振面上的相位。
2. 光栅的分类
（1）按照空间维度划分
a. 平面上的一维光栅 b. 平面上的二维光栅
c. 空间三维立体光栅
（2）按照对入射光的反射和透射作用划分
a. 反射光栅——平面反射光栅，凹面反射光栅，闪耀 光栅和反射式阶梯光栅； b. 透射光栅——平面透射光栅和透射式阶梯光栅。
（3）按照衍射屏屏函数的类型划分
a. 振幅光栅 b. 相位光栅
2d sin 0 mM
主闪耀条件。M闪耀波长；m闪耀级次。 可见闪耀波长和级次由闪耀角0 决定。
m 1， 2d sin 0 b 一级闪耀波长
1
0
1
2
3
3. 光栅光谱仪
S
透射光栅光谱仪
里特罗自准直光谱仪
光谱仪多用反射式，特别是闪耀光栅。主要性能指标： （1）色散本领 ① 角色散 d /d——波长差0.1nm的两条谱线分开的角距离
0
B 方向是单槽面衍射主极大方向：
所以
0 0
2
可求得： 2 0 因此：
2d sin 0 cos m
当 m、、、d 已知，即可确定 0
这时B方向光很强，如同物体光滑表面反射的耀眼光一样。
当沿槽面法线方向入射时：= = =0 、此时：
辨的最小波长差，分辨本领定义为：
A Δ
d d cos 用角距离表示： Δ Δ d m Nd cos mN
R1 dsin d R2 d R1 R2
dsin
dsin
dsin
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
3. 光栅方程的本质含义 d sin = m (m = 0, ±1, ±2, …)
c. 振幅—相位混合型光栅
（4）按照制备光栅的方法划分
a. 刻画光栅——刀刻光栅和光刻光栅
b. 腐蚀光栅 c. 复制光栅 d. 全息光栅
（5）按照光栅的面型划分
a. 平面光栅——平面反射光栅和平面透射光栅；
b. 凹面光栅——高反射率金属凹面光栅。
（6）正弦光栅
a. 正弦振幅光栅——屏函数的模按正弦函数形式变化； b. 正弦相位光栅——屏函数的辐角按正弦函数形式变化。