用衍射光栅测定光波波长共16页
光栅特性与光波波长测量(求衍射角公式)
实验15 用光栅测量光波波长衍射光栅是利用单缝衍射和多缝干涉原理使光发生色散的元件。
它是在一块透明板上刻有大量等宽度等间距的平行刻痕，每条刻痕不透光，光只能从刻痕间的狭缝通过。
因此，可把衍射光栅(简称为光栅)看成由大量相互平行等宽等间距的狭缝所组成。
由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地应用于各种光谱仪器中。
光栅一般分为两类：一类是利用透射光衍射的光栅称为透射光栅；另一类是利用两刻痕间的反射光进行衍射的光栅称为反射光栅。
本实验选用的是透射光栅。
一. 实验目的1. 进一步熟悉分光计的调整和使用。
2. 观察光栅衍射的现象，测量汞灯谱线的波长。
二. 实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面镜等。
三. 实验原理当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生有衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。
设光栅的刻痕宽度为a ，透明狭缝宽度为b ，相邻两缝间的距离d=a+b ，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。
如图3-15-1所示，光栅常数为d 的光栅，当单色平行光束与光栅法线成角度i 入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过透镜会聚于焦平面上，就产生一组明暗相间的衍射条纹。
设衍射光线AD 与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为φ，从B 点作BC 垂直入射线CA ，作BD 垂直于衍射线AD ，则相邻透光狭缝对应位置两光线的光程差为：（3-15-1）当此光程差等于入射光波长的整数倍时，多光束干涉使光振动加强而在F 处产生一个明条纹。
因而，光栅衍射明条纹的条件为：K=0，±1，±2，（3-15-2）式中λ为单色光波长，K 是亮条纹级次，为K 级谱线的衍射角，ｉ为光线的入射角。
此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。
)sin (sin i d AD AC +=+ϕλϕK i d K =+)sin (sin K ϕ图3-15-1 光栅衍射原理示意图由（K=0时，波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互分开，即有不同的位置。
实验21衍射光栅的特性与光波波长的测量
实验4.11 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 d sinθ(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：（4.11—1）),2,1,0(sin ±±==k k d λθ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，P 0点为亮点。
中央主极大两边对称排列着±1级、±2级……主极大。
光栅衍射测波长
3．测量谱线的衍射角 转动望远镜，测量绿、黄1、黄2光的
k=2级谱线的衍射角。重复测量一次。
d sink k
Hg光谱
2．将汞灯绿光谱线波长546.1nm和绿光2级谱线衍射角代入光 栅方程，求出光栅常数（以mm为单位,填入表中）。
2.调节光栅 ⑴如左图，将光栅放在载物台中
部，使光栅直立在调平螺丝G1、G2 连 线的⑵中调垂节线光上栅。平面与平行光管光轴
垂直。
正负对应谱线衍射角差值要小。
⑶调节G3的高度，使中央明纹两侧的光谱线等高。具体调 节方法如下：
转动望远镜，观察汞灯光谱。中央零级（k=0）为白色亮 线，两边均可看到分立的一紫、一绿、两黄共四条彩色谱线。
紫色λ=435.8nm， 绿色λ=546.1nm， 黄色 =5177.0nm， 黄色 =5 279.1nm，并且在中央明纹两侧对称 分布。
二. 实验内容
1．分光计的调节 ⑴ 调节望远镜聚焦于无穷远。 ⑵ 调节望远镜光轴与仪器中心轴线正交。 ⑶ 调节平行光管出射平行光且光轴与仪器转轴正交。
实验中强调：放平面镜时，亮“＋”字像清楚且与分 划板上方的黑“＋”字重合。去掉平面镜后，移动狭缝使 亮线清晰且居中。
实验题目：
光栅衍射测波长
注 意：
1.明天交实验报告，晚交不收。 2.切忌手摸或擦拭光栅表面,实验后 交回并接受检查。
指导教师：罗树范
一. 实验原理
光栅是由一组大量、平行、等宽、等间距、紧密排列的狭缝的一 种光学元件。
过去制作光栅都是在精密的刻线机上用金刚钻在玻璃表面刻出许 多平行等距刻痕做成原刻光栅。实验室中通常使用的是复制光栅和 全息光栅。
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射测光的波长步骤
光栅衍射是一种测量光的波长的方法。
以下是光栅衍射测光的波长的步骤：
1. 准备实验装置：需要一个光源、一个光栅、一个屏幕和一个测量器具（例如尺子或显微镜）。
2. 将光源置于一定距离外，并确保光线垂直射向光栅。
3. 将光栅置于光线路径上，并确保光线通过光栅时是平行的。
4. 将屏幕放置在光栅后方，以接收通过光栅的光线。
5. 调整屏幕的位置，使得通过光栅的光线在屏幕上形成清晰的衍射条纹。
6. 使用测量器具测量衍射条纹之间的距离，即光栅条纹的间距。
7. 使用衍射公式计算光的波长。
光栅的衍射公式为：d·sinθ= m·λ，其中d为光栅的间距，θ为衍射角度，m为整数，λ为波长。
8. 将测得的衍射角度代入衍射公式，计算波长。
注意事项：
- 在实验过程中，确保光线的方向和光栅的位置是准确的，以获得准确的结果。
- 尽量使用单色光源，以便获得清晰的衍射条纹。
- 重复实验多次，取平均值以增加测量的准确性。
光栅特性及测定光波波长-实验报告
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’
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。
如何利用光栅测量波长
如何利用光栅测量波长
光栅是一种常用的测量波长的工具，它可以将入射光分解成不同的波长成分，并根据它们在光栅上的衍射现象来测量波长。
下面是利用光栅测量波长的步骤：
1. 确定实验条件：选择适当的光源和光栅。
光源可以是白光灯或单色激光器，而光栅则应具有适当的线数和线间距。
2. 设置实验装置：将光源放置在光栅的一侧，并调整光源和光栅之间的距离，以保证入射光正常射入光栅。
3. 观察衍射图样：在合适的条件下，观察光栅上的衍射图样。
可以使用一个屏幕或检测仪器来观察衍射图样。
4. 测量波长：根据衍射图样，找到对应的衍射角和衍射级别。
根据光栅的特性，可以使用衍射公式来计算入射光的波长。
衍射公式：nλ= d·sin(θ)
其中，n为衍射级别（正整数），λ为波长，d为光栅线间距，θ为衍射角。
通过测量不同衍射级别对应的衍射角，并带入衍射公式，可以得到不同波长的光的衍射现象，从而测量波长。
需要注意的是，光栅测量波长的精度受到光栅线数和线间距的限制，以及实验设置的精确程度的影响。
因此，在进行测量时要尽可能精确地调整实验条件，以获得准确的波长测量结果。
衍射光栅及测定光波波长
****物理实验报告 成绩___________ 系 __________________ 专业 ________________ 班 ___________________ 组 姓名 _________________ 学号 __________________ 同组同学姓名 ____________________ 实验名称：衍谢光栅及测定光波波长实验目的：①学会测量光栅常数，角色散率②学会用光栅测定光波波长实验仪器：①分光仪 ②光栅 ③水银灯实验原理：主要运用光在狭缝衍射并在屏后形成干涉图样相邻狭缝射来的对应光线具有相同衍射角到达 P 点的光程差为△ (a b ) sin ©①光程差△满足 (a b)si n -k 入(k =0,_1,_2..)②衍射光栅的基本特征由它的分辨本领和角色散率表征，我们只讨论光栅的角色散率。
角色散率是同一级光谱中两条谱线的衍射角之差△円它们的波长差D =△©△ 的比值 -△入 对②式微分得D 二虫 —d 入(a+b)cos © cos © 衍射光栅原理图：<1>.水银灯中一级绿光谱线入5461?由公式k X _sd 3.361 10 msin b k1<2>.已知 d mm300X1 =5415? X =4341?<3>光的角色散率 D =丄仝=：2.956 10-5 rad/?△ X<4>若分光仪的最大测量误差为△& =「试估算光栅常数d及波长X1, X2的测量误差限△ d, △ X1，△ X2△"陀却2十△貝6^△V2一X； %6二10沆」0△入2 = ：（：）2-X2△ 6 二10 10“。
如何使用光栅光谱仪测量光波长
如何使用光栅光谱仪测量光波长光谱是研究物质内部结构和性质的重要手段之一。
而测量光谱的波长则是光谱分析的关键步骤之一。
光栅光谱仪是一种常用的测量光波长的设备，本文将介绍如何使用光栅光谱仪进行光波长的测量。
一、光栅原理光栅光谱仪利用光栅的衍射原理测量光波长。
光栅是由等距离的平行光线组成的一条道，道与道之间的间距称为光栅常数。
当光波照射到光栅上时，会发生衍射现象，光波将根据入射角和光栅常数的关系衍射成不同的角度。
测量光栅上不同衍射角度对应的光波长就可以得到光谱。
二、实验准备在进行光波长测量之前，我们需要准备一台光栅光谱仪和一束需要测量波长的光源。
通常情况下，我们会选择使用氢气放电管或氩气离子激光器作为光源，这些光源具有明确的波长和较高的光强。
三、调整仪器在测量之前，我们需要先调整光栅光谱仪的设置。
首先，将光栅光谱仪放置在一个稳定的光学台上，并使其与光源保持一定的距离。
然后，根据需要选择合适的狭缝宽度和入射角度。
狭缝宽度决定了接收到的光强度，过宽或过窄都会影响测量的准确性；而入射角度则影响光波的衍射方向和角度。
四、测量光谱调整好仪器后，我们可以开始进行光波长的测量了。
首先，打开光栅光谱仪的电源，并让其预热一段时间。
接下来，将光源对准光栅光谱仪的入射口，并根据光源的强度调整仪器的增益和曝光时间，使得接收到的光信号处于合适的范围内。
然后，通过调节光栅的倾角和位置，使得光谱在光栅上形成清晰的衍射图案。
可以通过观察不同波长的光线在不同位置的衍射角度，来测量波长。
在实际操作中，常常需要使用一个标准样品来校准光栅光谱仪，以确保测量结果的准确性。
五、数据处理测量完成后，我们需要对测得的光谱数据进行处理。
一般情况下，光栅光谱仪会提供一个软件界面，可以将测得的光强和角度数据转化为波长数据。
如果使用的仪器没有提供相应的软件，我们可以使用一些数据处理软件，如Excel或Python进行数据处理。
通过插值和拟合等方法，可以得到较为准确的光谱波长数据。
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。