物理光学衍射光栅
光栅衍射
k
-12
-8
-4
4
8
12
谱线中第±４、±8、 ±12… 级条纹缺级。
k
22
-12
-8
-4
o
4
8
12
三、衍射光谱
(a b)sin k
( k 0,1, 2, )
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。
入射光为白光时， k不同，按波长分开形成光谱。 不同，
I
sin
0 一级光谱 三级光谱 ab 二级光谱
在单缝衍射光强大的地方，光栅衍射明纹的光强也大； 在单缝衍射光强小的地方，光栅衍射明纹的光强也小； 在单缝衍射光强为0的地方，光栅衍射明纹的光强也为0。
20
缺级现象：
当多缝干涉的主极大位置，恰好与单缝衍射暗 纹位置重合时，本应出现主极大的明纹就不出现， 该处成了暗纹。这种现象称为缺级现象。
a sin k' ab 所缺级次为： k k k 1, 2 a
×
多缝干涉光强
2
sin sin N I p I 0单 sin
2
I 0单
单缝中央主极大光强
2
sin 单缝衍射因子
sin N 多光束干涉因子 sin
2
18
I I0
23
I
sin
0 一级光谱 三级光谱 ab 二级光谱
例如：二级光谱重叠部分光谱范围
(a b)sin 3紫
(a b)sin 2 白光 400 ~ 760nm
3 紫 600nm 2
二级光谱重叠部分:
600 ~ 760nm
11大学物理实验光栅衍射
三、数据处理
计算绿光、黄1和黄2三种波长成分的衍射角 及不确定度，正确表示结果。 （分光计测量角度时，B类不确定度取1分） 以绿光的衍射角计算光栅常数d及其不确定度， 正确表示结果（绿光波长为546.1nm） 。
cos d 2 sin
使用上一步计算出的光栅常数和两条黄线的 衍射角计算黄光的波长，并与已知值(p369) 比较，计算定值误差。
光栅衍射
衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的 光学元件，由大量相互平行、等宽、等间距的 狭缝或刻痕所组成。由于光栅具有较大的色散 率和较高的分辨本领，它已被广泛地装配在各 种光谱仪器中。
光栅按不同分类方法可分为透射型和反射型光 栅或振幅型和位相型光栅，本实验使用的是透 射型振幅光栅。
一、实验原理
注意，测量之前务必把望远镜与外刻度盘固 定在一起。
测量衍射角 以绿光为例，转动望远镜，使-1级与分划板 垂线重合，读角位置θ1和θ′1，再测+1级角位 置θ2和θ′2，则1级绿光的衍射角θ为：
1 1 2 1 2 4
测量时，从最右端的黄2光开始，依次测黄2、 黄1，绿光，· · · · · · 直到最左端的黄2光，重复 测量三次。
1、光栅分光原理 光栅透光部分宽为a， 不透光部分宽为b， d=a+b称为光栅常数。
a
d
b
波长为λ的单色平行光垂直照射光栅时，出射角 θ满足如下光栅方程时，得到衍射主极大。
d sin k
(k 0,1,2)
光栅常数d，波长λ以及衍射角θ三个量，已知其 中两个，则第三个可由光栅方程求得。
Leabharlann 黄123 1
黄2
2 3
本实验用分光计的准直管获得平行光，垂直照 射光栅后的衍射图样通过望远镜的物镜聚焦到 分划板上，进行观察和读数。
光栅衍射级数
光栅衍射级数
摘要：
1.光栅衍射级数的概念
2.光栅衍射级数的原理
3.光栅衍射级数的应用
正文：
光栅衍射级数是一种物理学中的重要概念，主要用于描述光栅对光的衍射现象。
光栅衍射级数可以帮助我们更好地理解和分析光栅的衍射特性，以及如何通过光栅衍射来获取光的相关信息。
光栅衍射级数的原理主要基于光的波动性和光栅的周期性。
光栅是由一系列平行的狭缝组成的，当光通过这些狭缝时，会形成一系列的衍射条纹。
这些衍射条纹可以用光栅衍射级数来描述。
光栅衍射级数的计算公式为：δ= ±λ/2n，其中δ表示衍射条纹的间距，λ表示光的波长，n 表示光栅的级数。
光栅衍射级数在实际应用中有很多重要的作用。
例如，在光谱分析中，可以通过测量光栅衍射级数来确定光的波长和频率；在光学成像中，可以通过调整光栅的位置和宽度来改善图像的分辨率和对比度。
此外，光栅衍射级数还可以用于制造光学传感器和光纤通信系统等。
总之，光栅衍射级数是一种重要的物理学概念，它可以帮助我们更好地理解和分析光栅的衍射特性，以及如何通过光栅衍射来获取光的相关信息。
大学物理实验— 光栅衍射实验
大学物理实验报告专业班级学号姓名记分光栅衍射实验（实验名称）实验目的：1. 了解光栅的结构及光学原理。
2. 学会搭建实验模型，选择合适的参数以便于测量。
实验原理：d是光栅常数；θ是相对于光栅平面的入射角，φ是衍射角。
入射光投射到光栅平面后，其反射光因单个槽面的衍射和缝间的干涉形成光谱，谱线位置可同样由光栅方程给出：d (sinφK ± sinθ)= ±Kλ（2）当入射光与衍射光在法线的不同侧时上式取负号，否则取正号。
对于正入射，上式简化为：d sinφK = ±Kλ。
对于透射光栅和反射光栅，如果知道光栅常数d，通过测量衍射角φ，我们可以计算出光波长λ；反过来，已知光波长，通过测量衍射角，我们可以得到光栅常数d。
（自行调节所需空间）实验装置与实验过程：（包括照片）数据记录：（1）手机的屏幕分辨率为2310×1080手机屏幕横向显示区域的宽度b=7cm屏幕的每个显示单元的尺度为b/1080屏幕作为光栅的光栅常数d=b/1080测量水平方向上光斑的间距x=1.5cm测量手机上的光入射点到衍射光斑中心点的距离L=120cm （2）测出±1级和±2级的衍射光斑之间的间距l2=25cm光盘和墙面的距离为l1=29cm数据处理及结果：计算结果：衍射角φ = tanφ= x/L=0.0125将测量结果代入公式d sinφ = λ我们可以计算出激光波长λ=1.41×10-6cm计算出衍射角：tanφ = l2/(2l1)使用反三角函数才能得到φ的大小。
从公式d sinφK =λK即可得到光轨宽度d=3.57×10-6cm（计算过程、结果、误差分析等）实验体会或感想：（1）通过实验了解了透射光栅和反射光栅的构成原理和区别（2）学会了如何用手机估计出激光波长思考题：在斜入射的情况下，观察零级光斑时，可能会发现其附近存在较小的光斑，这也是一种干涉条纹。
光栅衍射实验_实验报告
1. 理解光栅衍射的基本原理，掌握光栅衍射实验的原理和操作方法。
2. 熟悉分光计的使用方法，掌握调节和使用分光计的技巧。
3. 利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数，提高实验操作能力。
二、实验原理光栅衍射实验是研究光的衍射现象的一种重要实验。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它能够将入射光分解成不同波长的光，并在光栅后形成一系列明暗相间的衍射条纹。
当一束单色光垂直照射到光栅上时，由于光栅的周期性结构，光波在光栅的各个狭缝处发生衍射，从而在光栅后形成一系列明暗相间的衍射条纹。
根据光栅衍射的原理，可以推导出衍射条纹的分布规律：（1）光栅衍射条纹的级次n：n = (m - 1/2)λ/d，其中m为衍射条纹的级次，λ为入射光的波长，d为光栅常数。
（2）光栅衍射条纹的衍射角θ：θ = arcsin(mλ/d)。
（3）光栅衍射条纹的间距Δθ：Δθ = arcsin[(m + 1)λ/d] - arcsin[(m - 1)λ/d]。
三、实验仪器与材料1. 分光计2. 平面透射光栅3. 低压汞灯（连镇流器）4. 光栅常数测量仪5. 波长计6. 秒表7. 记录本8. 铅笔1. 将分光计调整至水平状态，确保分光计的光轴与水平面垂直。
2. 将低压汞灯放置在分光计的光源架上，调整光源位置，使光源发出的光线垂直照射到光栅上。
3. 将光栅放置在分光计的载物台上，调整光栅位置，使光栅与光源垂直。
4. 打开低压汞灯，观察光栅后形成的衍射条纹，记录衍射条纹的级次m、衍射角θ、间距Δθ。
5. 利用波长计测量入射光的波长λ。
6. 利用光栅常数测量仪测量光栅常数d。
7. 根据实验数据，计算光栅衍射条纹的级次n、衍射角θ、间距Δθ。
五、实验结果与分析1. 实验数据：m1：3，θ1：22.3°，Δθ1：0.4°m2：4，θ2：33.2°，Δθ2：0.6°m3：5，θ3：44.1°，Δθ3：0.8°λ：546.1 nmd：5.3×10^-4 mm2. 结果分析：根据实验数据，可以计算出光栅衍射条纹的级次n、衍射角θ、间距Δθ。
大学物理第十八讲 光栅衍射、晶体的X射线衍射
● 实际中纯干涉难于实现，通常都与衍射同时存在.
12
例：一光栅透光部分宽度为 0.035mm，用波长700nm的单 色光垂直照射。在距光栅1m的屏上测得相邻条纹间距y =0.5cm。求：①在单缝衍射的中央明纹宽度内，最多可以 看到几级、共几条明纹？ ②光栅不透光部分宽度为多少？
2
2
4级明纹 3级明纹 2级明纹 1级明纹
d sin k
k 0,1,2,3...
光栅方程
决定各级主极大方向的方程.
或 用 图 解 法 求
d
中央明纹 -1级明纹
a
b
B
C
-2级明纹 -3级明纹 -4级明纹
BC d sin k
6
3.缺级现象 ●在某些方向，同时满足光栅衍射的明纹条件和单缝衍 射的暗纹条件，则该方向上的光栅衍射明纹将不会出现， 称这种现象为“缺级”。 第k级光栅衍射主极大：
a
a b 3a 3 10 cm
② kmax
4
ab
sin
2
k a 1 N 3333 / cm ab
kmax 5.5 5 (向前取整数)
14
共呈现5级，共9条谱线： k 0, 1, 2, 4, 5.
③ k 2, v 400nm, r 760nm
§11-6
光栅衍射
一、光栅 在透光或反光性能上具有周期性空间结构的光学元件.
平面光栅—在透明平面玻璃上刻成若干等间距的刻痕, 或在镀铬板上用光刻的办法刻出若干条刻痕做成的器 件。 透射光栅
反射光栅
大学物理光学实验报告
实验十：光栅衍射一、实验目的1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。
2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。
3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。
4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。
二、实验仪器分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜三、实验原理光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。
设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。
设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。
衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。
设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。
在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。
由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即()sin a b k θλ+=±(0,1,2,)k =L 这就是光栅方程。
从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。
四、实验步骤1、调整分光计。
使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态，平行光管发出平行光。
2、安置光栅将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上。
可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二级衍射条纹。
S 2S 1S 3（）3（）2（）1（）1（）2（）3G2φ12 φ22φ33．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。
五、数据记录级数 次数 左边衍射条纹 右边衍射条纹第二级'2()θ第一级'1()θ 0级 第一级1()θ 第二级2()θ 第 一 次 右边读数左边 读数衍射角 1θ=2θ=第 二 次 右边 读数左边 读数衍射角 1θ=2θ= 第 三 次右边读书左边 读书衍射角1θ=2θ='111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4六、数据处理将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1300a b mm +=） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ=绝对误差：λ∆= （取平均波长与6个波长的差中的最大者）相对误差：100%E λλλ∆=⨯=结果表示：()nm λλλ=±∆= nm 。
光的衍射与干涉的应用光栅与干涉仪
光的衍射与干涉的应用光栅与干涉仪光的衍射与干涉的应用：光栅与干涉仪光的衍射与干涉是光学中重要的现象和实验，在现代科学和技术中有广泛应用。
本文将着重介绍光栅和干涉仪这两个重要的应用领域，探讨其原理、特点以及在实际中的应用。
一. 光栅的原理与特点光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其原理是基于光波的衍射现象。
光栅上的劈缝或者导轨有规律地排列，用于分割光束并形成衍射图样。
光栅的特点如下：1. 衍射和干涉效果显著：光栅上的周期性结构使得入射光束向不同方向衍射，形成光的干涉和衍射效果。
这种效应在科学研究、仪器测量和工程技术中得到广泛应用。
2. 光栅常见类型：常见的光栅类型包括光栅棱镜、光栅反射镜和光栅刻度板等。
根据劈缝或导轨的方向，光栅可分为直线光栅和圆形光栅。
这些光栅根据其特点和应用需要，具有不同的制备方法和材料选择。
3. 衍射图样的特点：光栅的周期性结构使得入射光束经过衍射后，形成特定的衍射图样。
这些图样具有明确的亮暗分布规律，可以通过观察和分析来获得有关光的频率、波长和传播方向等信息。
二. 光栅的应用领域光栅作为一种重要的光学元件，在科学研究和实际应用中有广泛的应用。
以下是几个重要的应用领域：1. 光谱学：光栅是分光仪中的重要组成部分，用于分解、扩展和分析入射光束。
光栅的周期结构使得入射光束能够被分解成多个不同色彩的成分，形成光谱图样。
通过观察和分析光谱，可以获得物质的结构、成分和性质等信息。
2. 光学测量：光栅可以用于测量物体的位移、形变和形状等参数。
通过在光路中引入光栅，可以测量入射光束的相位差和干涉条纹的移动，从而确定物体的相关参数。
这种方法在工程领域的精密测量和位移传感器中得到广泛应用。
3. 光存储和通信：光栅具有可逆性和高稳定性的特点，使其成为光存储和光通信中的重要元件。
光栅可以通过调制入射光束的相位和振幅，实现光信号的编码、解码和传输。
这种方法提高了信息传输的速度和容量，并在光存储器和光纤通信系统中得到广泛应用。