大學物理實驗報告系列之衍射光柵

大學物理實驗報告式中光柵狹縫與刻痕寬度之和d=a+b為光柵常數(shù)，若在光柵片上每厘米刻有n條刻【實驗名稱】衍射光柵痕，則光柵常數(shù)1(acm。為衍射角。n【實驗目的】當衍射角滿足光柵方程：dsink(k=0，±，±2,)（40-1）．觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律。時，光會加強。式中為單色光波長，k是明條紋級數(shù)。．進一步熟悉分光計的調節(jié)和使用。如果光源中包含幾種不同波長的復色光，除零級以外，同一級譜線將有不同的．學會測定光柵的光柵常數(shù)、角色散率和汞原子光譜部分特征波長。衍射角在透鏡焦平面上將【實驗儀器】出現(xiàn)按波長次序排列的譜線，稱為光柵光譜。相同k值譜線組成的光JJY1′型分光計、光柵、低壓汞燈電源、平面鏡等譜為同一級光譜，于是就有一級光【實驗原理】譜、二級光譜,,之分。圖40-3為低壓汞燈的衍射光譜示意圖，它每一級光譜中有4條特征譜線：紫色

．衍射光柵、光柵常數(shù)圖40-3圖40-1中a為光柵刻痕(不透明)寬度，b為透明狹縫寬度。d=a+b為相鄰兩狹縫

1=435．8nm，綠色=546．1nm，上相應兩點之間的距離，稱為光柵常數(shù)。它是光柵基本參數(shù)之一。黃色兩條=577．0nm和4=579．1nm。．角色散率(簡稱色散率)從光柵方程可知衍射角是波長的函數(shù)，這就是光柵的角色散作用。衍射光柵的色散率定義為：D上式表示，光柵的色散率為同一級的兩譜線的衍射角之差與該兩譜線波長差的比值。通過對光柵方程的微分，D可表示成：圖40-1圖40-2光柵衍射原理圖圖40-1中a為光柵刻痕(不透明)寬度，b為透明狹縫寬度。d=a+b為相鄰兩狹縫Ddkcoskd（40-2）上相應兩點之間的距離，稱為光柵常數(shù)。它是光柵基本參數(shù)之一。由上式可知，光柵光譜具有以下特點：光柵常數(shù)d愈小(即每毫米所含光柵刻線數(shù)目越多)角色散愈大；高級數(shù)的光譜比低級數(shù)的光譜有較大的角色散；衍射角很小時，

．光柵方程、光柵光譜由圖40-1得到相鄰兩縫對應點射出的光束的光程差為：式（40-2）中的cos1，色散率D可看作一常數(shù)，此時與成正比，故光柵光譜(asindsin稱勻排光譜。．光柵常數(shù)與汞燈特征譜線波長的測量''6528652665'1765'4265'4465'45根據(jù)方程（40-1）式可知，若已知入射光在某一級某一條光譜線的波長值，并測出該譜線的衍射角，就可以求出所用光柵的光柵常數(shù)。反之，若已知所用光柵的光柵常數(shù)，則可由（40-1）式測出光源發(fā)射的各特征譜線的波長。角的測量可由分光1''由公式1SSSS分別求出，填入表格中。2214由公式dsink求得計進行?！緦嶒瀮?nèi)容】光柵常數(shù)與光波波長的測量910d1sin82711（）以綠色光譜線的波長=546．07nm為已知。測出其第一級（k=1）光譜的衍射角應同時讀出分光計左、右兩游標的讀數(shù)。對k=+1時，記下、；對時，記下′、′。則所測得的為：SSk=-1SS1212910d2sin214[SSSS]212190710d3sin0.82813重復測量6次計算d值及其不確定度u（（）以綠色譜線測量計算所得的光柵常數(shù)d為已知，按上述步驟分別測出紫色和兩條黃色譜線的角，各測一次，求出各自的波長值。3D．從汞光譜的兩條黃線算出與，求出光柵的色散率。910d4sin4【數(shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】綠光910d5sin0.82635次數(shù)12345690710d6sin6S2226'35225'34225'38226'3222634''22735ddd126d659.790nm6'S1S'262244'39'3762244'35'3462244'34'3662244'35'3862244'3839'62244'3935'2(dd)Ud0.1051nm65紫光次數(shù)S2S'1S'21’內(nèi)-719外-內(nèi)外度數(shù)''''12'于是4830228307120251,dcos11‘'''''S2SSS22830-4830251127120645921144由公式dsink求得：當k=1時dsin推出'719由公式D求得D016589【小結與討論】（）做此實驗觀察了光柵的衍射光譜，理解了光柵衍射的基本規(guī)律，進一步熟悉了分光計的調節(jié)與使用，測定了光柵常數(shù)，角色散率。達到了實驗的預期要522S(dcos)SdcosS其中S()1'54求。（）討論：對于同一光源分別利用光柵分光和棱鏡分光有什么不同?光柵分光：光波將在每個狹縫處發(fā)生衍射，經(jīng)過所有狹縫衍射的光波又彼此發(fā)22S(dcos)S0.54nm生干涉，這種由衍射光形成的干涉條紋是定域于無窮遠處的。光柵在使用面積一定的情況下，狹縫數(shù)越多，分辨率越高；對于光柵常數(shù)一定的光柵，有效使用面積越紫9'dsin10sin6459大，分辨率越高。棱鏡分光：棱鏡也是分光系統(tǒng)中的一個組成部件，因棱鏡色散力隨波長不同而紫(320)nm變化，所在寬入射角寬波段偏振分光棱鏡。棱鏡分辨率隨波長變化而變化，在短波部分分辨率較大，即棱鏡分光具有“非勻排性”，色譜的光譜為“非勻排光譜”。這次數(shù)S2S'1S'21是棱鏡分光最大的不足。黃內(nèi)46'08226'366'13246'30黃外46'29226'226620'246'1111‘''