實驗：一維平面反射光柵衍射測量激光波長-實驗報告

1、實驗:一維平面反射光柵衍射測量激光波長實驗目的觀察光柵衍射現(xiàn)象。利用一維平面反射光柵衍射測量激光波長。實驗原理光柵衍射：光柵：屏函數(shù)是空間的周期函數(shù)的衍射屏，即具有周期性結構的衍射屏。一般常用的刻劃光柵是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕為不透光部分，兩刻痕之間的光滑部分可以透光，相當于一狹縫。精制的光柵，在lcm寬度內刻有幾千條乃至上萬條刻痕。透射光柵：利用透射光衍射反射光柵：利用反射光衍射。比如，在鍍有金屬層的表面上刻出許多平行刻痕，兩刻痕間的光滑金屬面可以反射光。直尺表面刻痕可看作一維平面反射光柵”平面反射光柵衍射：激光筆輸出光以大角度斜入射到鏡面（如家中光滑桌面）時，反射光在觀察屏（

2、如墻面）上形成光斑。激光筆輸出光以大角度斜入射到平面反射光柵表面（如直尺），在觀察屏（墻面）上會看到一排規(guī)則排列的衍射光斑。激光筆輸出光以大角度斜入射到直尺表面刻度線形成的一維平面反射光柵時，直尺表面A位置和B位置的光到達觀察屏C位置時的光程差可以寫作：5=ZOBC-ZOAC=d（cosP-COSa）,k由光柵衍射原理可知，當光程差為零或者為入射光波長的整數(shù)倍時，即5=k九（k=0,土1,+2,土3,.）時，觀察屏上就會出現(xiàn)亮斑。5=ZOBC-ZOAC=d（cosp-cosa）=d（2=1），d是直尺表面刻度線TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Curr

3、ent Document kQL+h2+h22k11形成的反射光柵常數(shù)（通常為0.5mm或者1mm）,氣是激光筆出光口到直尺表面的垂直距離，L是激光筆出光口到直尺表面光斑中心的水平距離，h是觀察屏上衍射斑到直尺表面的垂1k直距離，是L觀察屏到直尺表面光斑中心的水平距離。上述物理量在實驗上都是容易測量2三.實驗主要步驟或操作要點實驗器材1.低功率激光筆（最好是發(fā)紅光）；一把最小分度值為0.5mm或1mm鋼尺（或塑料尺）作為“一維平面反射光柵”；墻面作為觀察屏（與直尺表面的垂直距離大于1m）；另一把直尺，用于測量h和h；1k一把卷尺，用于測量L和L；12實驗步驟：搭建并調節(jié)實驗光路：初始時，激光筆

4、輸出光垂直于觀察屏（墻面）；然后將激光筆出光口稍微向下傾斜，大角度入射到直尺0刻線所在邊緣，根據(jù)觀察到的衍射斑調整光路，保證衍射斑沿豎直方向分布。分別觀測并拍攝直尺表面分度值為0.5mm或1mm（二選一即可）的刻度線（相當于平面反射光柵常數(shù)d分別為0.5mm或1mm）反射光形成的衍射斑陣列，測量0,土1,2級衍射斑中心位置距離桌面（直尺表面）的垂直距離及相關物理量h、h、L、L（各物理量均單次1k12測量即可）。注意事項：禁用大功率激光筆！實驗中禁止將激光聚焦！做好激光防護，既要保護自己，也要避免誤傷他人！嚴禁用眼睛直視激光束，以免造成視網膜損傷。近距離長時間觀察激光光束及其散射光，會使眼睛感

5、到疲憊。觀察屏平面垂直于桌面和直尺表面。在正常光線下調節(jié)光路，暗環(huán)境下測量時衍射斑更加清晰可辨。四實驗數(shù)據(jù)本實驗采用d=0.5mm分度值的鋼板尺作為反射面進行光柵衍射。卷尺精確到毫米刻度。各級衍射條紋對應在觀察屏刻度尺上的高度讀數(shù)h/cmVh/cm0h/cm丄ih/cm-ih/cm丄2h/cm25.825.516.145.206.48L/cm15.501L/cm35.952h/cm12.51五數(shù)據(jù)處理各級衍射條紋對應在觀察屏刻度尺上的高度讀數(shù)hk/cm%/cm+1/cmhi/cm+2/cmh2/cm5.825.516.145.206.48L/15.501/cmL/35.952/cmW/cm2.

6、51),將表格中上述數(shù)據(jù)代5=ZOBC-ZOAC=d(cosP-cosa)=d(2k,L2+h22k入上述公式，d=5mm可得50=0.00376849x10-7m,51=6.582770 x10-7m,5=13.396979x10-7m，5=-6.671856x10-7m，5=-13.002354x10-7m，由5=k尢可知TOC o 1-5 h z2-1-2九=0，九=6.382770 x10-7m,九=6.698490 x10-m,九=6.471856x10-7m,012-1X-2=6-501177x10-7m，兀=6-513572x10-7m，0=6-5x10-7皿計算九的不確定度:

7、HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 心-h+0-九2+0-九2+(x-h“S=-101020-a=0.0782456x10-7m，相對誤差A4x3E=1.201217%,P=68.3%。用Excel表格作圖如下：縱軸單位為1x10-7m,可以看出5與k近似成線性關系。經計算機線性擬合可知，九=6.513580 x10-7m，基本與上述計算的平均值一致。1.51050051-13-1實驗結論及現(xiàn)象分析結論：激光筆的波長九=(6.513572土0.0782456)x10-7m，E=1.201217%，P=68.3%。經查閱激光筆說明書可知，此結果與說

8、明書上的波長650nm相差不到1%,因此達到了實驗目的?，F(xiàn)象分析：在經過刻度尺衍射的觀察屏上的衍射斑中，在主極大周圍，靠上側的是-1,-2,等級衍射斑，靠下側的是1,2,等級衍射斑，這是由衍射的光程差公式決定的。討論問題為什么可以用刻度為毫米量級的尺子測量幾百納米量級的光波長？由于反射面與觀察屏之間的距離可以很大，由5=ZOBC-ZOAC=d(cos卩-cosa)kLL=d（$2；i）,可知，當反射面、觀察屏、光源之間的距離合適時，可以使-L2+h2,.L2+h22k1k光程差5達到足夠小，以至達到微米級別，因此再利用光柵衍射公式可以直接求出5對應的波長。八對本實驗的意見、建議、感想和體會實驗中采取的大多是點光源而非線光源，并且由于激光的功率較低，所以可以觀察到的衍射斑很有限，因此，測量條紋間距較難觀察。實驗中為