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篇一：光栅特性及光谱波长的测量
中国地质大学（武汉）
实验报告
课程名称：近代物理实验
实验名称：光栅特性及光谱波长的测量学院：数学与物理学院班号：组号：组员：指导老师：
1
实验地点：
光栅特性及光谱波长的测量
一、实验目的
1.了解光栅的主要特性
2.测量实验所用光栅常数
3.测量汞灯的谱线波长
4.测量氢灯的谱线波长二、实验原理
光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，它可以把入射光
中不同波长的光分开。利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，我们实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多，排列紧密均匀的平行狭缝目极多，排列紧密均匀的平行狭缝。根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0,±1,±2,±
3,222222)d-----光栅常数θ-----衍射角λ-------单色光
波长
由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790A0）对准该谱线的某级亮纹(例如
K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈
y，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅
常数d，并对绿光进行观
察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y，代入公式，又可求出λg。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的
其他谱线进行观察和计算。当一束平行光垂直入射到光栅上，产生一组明暗相间的衍射条纹，其夫朗和费衍射主极大由下式决定：
dsinΦ=mλ(9—1)
式中：光栅常数d=a+b
θ：衍射角大级次m=0，1，2此式称光栅方程由式得：2
（由此可以看出：只要测出任意级次的某一条光谱线的衍射角，即可计算出该光波长。
三、实验仪器
Fb760-9光谱波长测量仪，透射光栅（1|50，1|100mm），氢灯，汞灯，钠灯，可调狭缝，测微目镜，凸透镜等。四、实验内容
（1）支起实验仪器，调节灯光，狭缝，透镜的同轴等高，
（2）在测量圆台上放上被测光栅，调节透镜产生良好聚焦，看到清楚的钠光谱线。
（3）测量出k=1,-1,2,-2...级的谱线夹角θ。利用公式，在知道钠光波为289nm的条件下，求出光栅常数d值。数据记录如下：
3
五、误差分析1.仪器精度有限
2.汞灯青色光的测量偏差较大
六、参考资料
1.戴乐山等，近代物理实验，复旦大学出版社
2.黄润生等，近代物理实验第二版，南京大学出版社
4
篇二：光栅衍射特性研究
光栅衍射特性研究
陈锦（安庆师范学院物理与电气工程学院安徽安庆246011）
指导教师：张杰
摘要：本文根据惠更斯-菲涅耳原理计算推导了夫琅禾
费衍射场下光栅衍射的光强分布公式，详细分
析了平面光栅衍射的特性，利用mATLAb软件进行了衍
射图样的仿真，绘制了相应的衍射光强分布图，并结合理论公式讨论了光强随(:光栅特性研究实验报告)波长λ、缝宽b、缝数n以及光栅常数d的变化情况。推导了光栅方程，并从光栅方程出发，对光栅衍射中的缺级现象、光栅的分辨率等问题进行了讨论。文章最后简单介绍了光栅在生产实际中的应用。
关键字：光栅，光栅衍射，光强分布，强度
1引言
衍射光栅作为一种优良的分光元件，在近代光谱仪中有广泛的应用，比如利用光栅衍射可以作为光谱
分析，测量光波的波长等[1-4]。光栅是一种具有高分
辨本领的精密光学元件，它是由大量等宽等间距的平行狭缝
构成的光学器件。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精致的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。本文着重对平面光栅衍射特性做一些探究。
mATLAb是一个集数值计算、图形处理、符号计算、数学建模、实时控制、动态仿真等诸多功能于一
身的数学应用软件[6]，在光学中得到广泛应用[7]。本文应用mATLAb的数值计算和绘图功能，根据夫琅禾费衍射场的理论公式，计算得出光强分布矩阵并绘制出光强分布曲线及其衍射图样。
2光的衍射理论
惠更斯原理[8]内容是：传播中的波面上任何一点都可以认为是一个新的次波源，由这些次波源发出的
次波是球面波，这些次波的公共包络面就是下一时刻的波面。法国物理学家菲涅耳根据叠加原理将惠更斯原理进一步具体化，并给出其数学表达式，即惠更斯—菲涅耳原理的数学表达式：
u(p)?c??seikrf(?)u(Q)ds（1）r
此后，德国物理学家基尔霍夫从定态的亥姆霍兹方程出发，利用矢量场论中的格林公式，在kr>>1,
即r>>λ的条件下，导出了无源空间边值定解表达式：
1eikr
u(p)(cos?0?cos?)u(Q)ds（2）?s2ri
他还提出了关于边界条件的假设，并进一步将衍射积分公式简化为[6]：
u(p)s0ieikrf(?0,?)u(Q)ds（3）r
此时衍射面积分只限于光孔面s0。据此在傍轴条件下衍射积分公式为：
u(p)??
这便是光衍射场强的计算公式。i?r0??u(Q)es0ikrds（4）3．光栅衍射光强分布计算公式推导
3.1夫琅禾费单缝衍射光强分布
设波长为λ的平面波射向缝宽为Ab=b的狭缝，衍射后
经透镜L会聚在焦平面上，如图1所示，由惠
更斯-菲涅耳原理可知，在焦平面上任一点p的复振幅
为[9]：
eikru（p）?c??u(Q)f(?)（5）
r狭缝
图1单缝衍射示意图
把狭缝细分为垂直于x轴的许多小面元，面积为ds=ldx，
l为缝的长度，在平面波入射情况下，u（Q）为常量，在角度不大情况下，f(?)?1,r?r0?xsin(?),因为x??r0,只有相位因子中的??r?r0?xsin(?)不能忽略，从而有
bcu(Q)eikr0b
2ik?u(p)?l?bedx?c?2beikxsin?dx??r022
?c(eiksin?bik?sin?2?eb?ik?sin?2
（6）)?2cbsin(k??sin?)ksin?2
令k?b?b?sin??sin（7）2?
sin?则u(p)?cb?（8）
故I?u(p)u(p)?cb*22sin2?
?2?I0sin2??2（9）
3.2夫琅禾费双缝衍射的光强分布
如图2所示，衍射屏上A、b处各有一条宽为b的缝，缝间距为d。经透镜L作用后，两条缝的衍射
光在焦平面上的光强分布一致，相位分布不同。把坐标原点分别放在A与b的中心。根据式（5）有：
图2双缝衍射示意图
uA(p)?c?e
ub(p)?c?e
令??k?b2b?2b2b?2dik(xA?)sin?2dxA（10a）dxb（10b）dik(xb?)sin?2dsin?，则有2
u(p)?uA(p)?ub(p)?c?eikxsin?dx(ei??e?i?)
??cbsin?b2b?2（11）
?(ei??e?i?)
式中γ为单缝中心与双缝中心的光在p点的产生的相位差，??k?
缝衍射的光强分布表达式为：b?bsin??sin?，所以夫琅禾费双2?
sin2?cos2?（12）
I?u(p)u(p)?I0*sin2??2(e?ei??i?)(e?i??e)?4I0i??2
3.3平面光栅的衍射
3.3.1光栅衍射的强度分布[10]
图3光栅衍射示意图
以上双缝衍射的讨论可以推广至多缝的情况。设有n条等间距的缝，缝宽均为b，间距为d，如图3。
则相邻缝的对应程差为：??dsin?，相位差为??kdsin??2?
?dsin?。由式（11）知，
u(p)?u0(p)(ei??e?i?)?u0(p)ei?(1?e?2i?)?u0(p)ei?(1?e
i)（13）
若坐标原点放在第一个缝的中心，则u0(p)e就是它的
单缝衍射振幅，而u0(p)e
的衍射振幅。从而有i?i()则是另一个缝
un(p)?u1(p)?u2(p)un(p)
?u1(p)(1?e?i??e?2ie?(n?1)i?1?ein?
（14）)?u1(p)1?ei?
所以，光栅衍射的光强分布公式为：
(1?ein?)(1?e?in?)sin2?sin2(n?/2)sin2?sin2(n?)（15）
In(p)?u1(p)u(p)?I0??I0?i??i?2222(1?e)(1?e)?sin(?/2) sin*
1
式中I0代表每一单缝在入射光方向的光强，?代表每一缝的两边缘发出的子波到达p点相位差的一半
(2?bsin?/?)/2，n代表总缝数，/2??dsin?/?代表相邻两缝所发出的光到达p点的相位差的
一半，式中sin?/?是单缝衍射所引起的，一般称为衍射因子，sinn?/sin?为多束光干涉所引起，一般称为多光束干涉因子。2222
4.衍射光栅特性分析
为了研究光栅强度分布的规律，我们将从以下几个方面进行讨论。
4.1光栅方程
当??0，?，2?，…，?k?，k为整数时，光强取主极大，其值为：
I?Imax?n2I0
根据dsin?/?，可知相应主极大的位置必须满足
(16)dsin??k?(k?0,?1,?2,…）
(16)式一般称它为光栅方程式。式中d为相邻两缝的间距，一般称为光栅常数，k叫做光栅的干涉级，如k=1就叫做一级主极大。按上式，它发生在如下方向：
??arcsin
根据干涉因子sinn?/sin?可知，当22?d
n,2?,…，p?p为整数(1７)
时干涉因子为零。此为极小条件。但注意p不能等于n 的倍数，即p?mn，因为此时极小条件就转化为极大条件（??k?），干涉因子不是零而是n。
4.2光栅衍射特性讨论
4.2.1在单缝衍射的主峰内（0）极大值的数量
当光通过光栅到达衍射屏上某处时，若相邻缝所对应的相位差为2π的整数倍，则通过所有缝的光在
该处都同相位，因而该处出现衍射光强的主极大。由此可知，满足主极大的条件是??2K?。若光栅常数2d??b，则??2?dsin?/??2??bsin?/??2??，故主极大条件为??K?/?。在0的范围内，K可能的值为1，2，3，…，??1（在K=0时，??0;K??时，），即在0之间，有??1个主极大。如图（6）所示：??3，主峰内每边各有2个主极大。
4.2.2主极大光强的强度
由光强公式可知，光强由单缝衍射因子sin?/?和多缝干涉因子sin(n?/2)/sin(?/2)决定。对
于主极大，??2K?，g出现分子和分母都为零的情况。按照数学上的洛必达法则，可分别对分子和分母求导来得到g 的极限值[11]：2222
sin2(n?/2)2sin(n?/2)cos(n?/2)(n/2)nsin(n?)g?lim?lim lim2Ksin2(/2)2K2K2sin(/2)cos(/2)(1/2)s in?
?lim??2K?ncos(n?)?n2cos?
2222（18）2代入光强公式，得In(p)?I0nsin?/?。即主极大的光强是单缝衍射在该处光强的n倍！实际上，这个结论不难理解：既然在??2k?的条件下，通过所有缝的光在该处都同相位，那么该处的合成振幅就应该是各分振幅之和，即等于一个缝的n倍，因而光强就应该是一个缝的n倍。
4.2.3两个主极大之间光强为零的数量2
当n?/2?m?时（m为整数），干涉因子g=0，故衍射光强为零。能满足??2m?/n的m在
可取的整数为1，2，3，…，n-1（在m=0时，m=n时，，即在02?02?的范围内，??0；??2?）
之间，有（n-1）个零点。如图(6)所示：n=4，任何两
主极大之间都有3个零点。由此可知，光栅中的缝数n越多，两主极大之间的零点就越多，背景光就越暗。
4.2.4主极大的宽度
与主极大相邻的两个零点之间的距离为主极大的宽度。由于m=kn时??2k?，为主极大，故
m?kn?1是与它相邻的两个零点。对于这两个零点，有n?/2?m??(nk?1)?。即??2(kn?1?)n/?k22。由此可见，在n/?的坐标上，主极大的宽度为4?/n。把它转
??4?2?换到?坐标，即以??2?dsin?/?代入，
得(sin?)?。这就是主极大2?d2?dnnd
在?坐标上的宽度。由此可知，光栅中的缝数n越多，主极大的宽度就越窄，主极大峰就越尖锐。
4.2.5第一级次极大光强的大小
最靠近主极大的次极大为第一级次极大，它位于m?kn?1和m?kn?2这两个零点之间。可用
m?kn?1.5来估算它的大小。即以n?/2?(kn?1.5)?代入g 的表达式中：
sin2(n?/2)sin2[(Kn?1.5)?]11n2
2g0.045n（19）
222222sin(?/2)sin[(K?1.5/n)?]sin(1.5/n)(1.5/n)(1.5?) 同理可算出第二次级的大约为0.016n。由此可知次级大的光强都比主级大的光强弱得多，第一级次
级大是最强的，但也不到主极大的5%。
从以上分析可知，光栅的缝数n越大，条纹越细，背景越暗，即光栅条纹细而亮。一般光栅的缝数达
几万条，因而条纹级细，可用作精密测量。
4.3光栅光强分布的规律
4.3.1光栅光强分布与缝数的关系
图4给出了当波长为0.55μm、缝宽等于1μm、光栅常数为2μm时，缝数n分别等于5、30、5000时衍射光强分布情况。从图中我们明显的看出：光栅中的缝数n越多两主极大之间的零点就越多，背景光就越暗，主极大的宽度就越窄，主极大的峰就越尖锐，当n=5000时仅为一明亮的细线。2
图4(a)n=5时的衍射光强图4(a)n=30时的衍射光强
4.3.2光栅光强分布与波长的关系
图5给出了当光栅缝数n为4、缝宽等于1μm、光栅常数为2μm时，波长分别等于0.35μm、0.6.1
μm、0.7μm时衍射光强分布情况。从图中我们明显的看出：在保持缝宽不变的条件下，半角宽度与波长成正比，波长越长，衍射越显著；波长越短，衍射效应可以忽略。因此波长增大，衍射条纹变宽。
篇三：光栅的制作及其衍射特性研究
光栅的制作及其衍射特性的研究
实验原理
1.光的干涉原理
当两束相干的平面波以一定的角度相遇时，在他们相遇的区域内便会产生干涉，其干涉图样在某一平面内是一系列平行等距的干涉条纹，其强度分布则是按余弦规律而变化，即干涉图样的强度分布是
I=I1?I2?2A1A2cos(?1??2)（1）
22
AAI?AI?A1122式中的、，1、2是两列平
面波的振幅，1、2是对应的空间相位函数。当两束相干光的相位差为2?的整数倍时，即（1）式便描述了两束相干
光干涉所形成的峰
值强度面的轨迹，如图1所示。若能用记录介质将此干涉图样记录下来并经过适当处理，则就获得了一块全息光栅。
1.全息光栅基本参数的控制
(1)全息光栅空间频率（周期）的控制
??
?1??2?2n?n?0、?1、?2……
如图2所示，波长为?的Ⅰ、Ⅱ两束相
干光与p平面法线的夹角分别为?1和?2，它们之间的夹角为2??2。这两束相干的平行光相干叠加时所产生的干
涉图样是平行等距的、明暗相间的直条纹，条纹的间距d可
由下式决定：
图1
两束平行相遇所形成的干涉
d?
?
sin?1?sin?2
?
1
11
2sin(?1??2)cos(?1??2)
22（2）
当两束对称入射,即
?1=?2??/2时
d?
?
2sin
?
2（3）
当?很小时有
d??/?（4）
若所制光栅的空间频率较低时，两光束的之间的夹角不大，就可以根据（4）式估算光栅的空间频率。具体做办法
是：把透镜
L0放在Ⅰ、Ⅱ两光束的重合区，则两光束在透镜后
x0，透镜的焦距为f，则有
焦面上会聚成两个亮点，若两个亮点之间的距离为
??x0/f（5）
将（5）带入（4）式得到
d?f?/x0（6）
即光栅的空间频率为
v?1/d?x0/f?
如图2所示，将白屏p放在透镜L的后焦面上，根据亮点的距离率v
x0估算光栅的空间频
x0?f?v（7）
(2)全息光栅的槽形控制
p
图2估测光栅空间频率的光路示意图
由于全息光栅是通过记录相干光场的干涉图形而制成的，因此，其光栅的周期结构与两个因素有关：干涉图样的本身周期结构；记录干涉图样的条件。干涉图形是余弦条纹，那么通过暴光所制得的光栅是否也具有余弦（正弦）型的周期结构呢？回答是不一定的，只有当记录过程是线性记录时，即曝光底片变黑的程度与干涉图样的强度成正比时，所制得
的全息光栅才具有与干涉场相似的周期结构。
为了了解线性记录的含义，下面简单介绍一下全息干板的感光特性。
照相干板的感光特性，通常是用黑度D与曝光量
hv的对数关系曲线来描述的，即
D
2.0
100%
?
50%
1.00.6
D(a)
lgh?
h?0
(b)
h?
图3照像底片感光特性曲线
D~lghv曲线，或称作h?D[赫特（hurter）德里菲尔德（Driffield）]曲线，如图3（a）
?~hv曲线）
所示。但是在全息照相技术中，用干板的振幅透射率与曝光量的关系曲线（
来描述干板的感光特性更为方便，如图3(b)所示。振幅透过率是出射光与入射光复振幅之比，曝光量是光强度I与曝光时间t的乘积。
因为
?~hv
曲线只在中间一段近似为直线，所以有线性记录和非线性记录两种情况。
记录时，调整两相干光的光强度比值在2:1~10:1的范围内变化，若将曝光量控制在
?~hv曲线的直线范围内变化，这样纪录的复振幅透射率就与入射光的光强度变化有线性
v曲线的直线范围内变化，则复振幅的关系。因此，称为线性记录。如果曝光量不在
透射率与入射光强度的变化就不存在线性关系。因此，称为非线性纪录。
（3）检查光栅的正弦性及其空间频率
几何光学方法：将制备的光栅直接置入激光细光束中，在远处屏上将得到其衍射图样，如图4所示。由于光栅至屏的距离远大于光栅间距，此衍射图样为夫琅和费衍射图样，亦即
?~h
其频谱。如果光栅的频谱只有0级和?1级三个亮点，则
表明此光栅是正弦型的。如果频谱
?3、…级亮点，则表明此光栅为非正弦型。根据光栅g
至屏p的距离l，以及中出现?2、
频谱中级两亮点之间的距离d，则可计算出光栅的实际
空间频率v?（为什么？）。显然将实空间频率v?与要求的空间频率v相比较，并分析产生误差的原因。物理光学方法：用分
光计测量本实验制作的光栅样品的空间频率v。可用汞
灯作光源，利用绿色谱线测量。已知其波长为λ=546.1nm。请自行设计测量方法和计算公式。
v??d?/(2l?)
实验仪器
光学平台（全息台），he---ne激光器，定时器，快门，50%分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底片夹，透镜，显
定影用具等。
实验内容
制作v?200c/mm的全息光栅及特性测量一、光路的设计与排布
1、设计：根据全息光栅的制作原理，自行设计记录一
个空间频率为v?200c/mm的全息光栅的全息光栅的实验光路。要求将光路图画在预习报告上，并说明设计思路。
光路设计的原则是：
1）所有光束必须出自同一台激光器；2）充分利用全息防震平台的面积1.2m×0.8m，光路的排布应以方便操作为宜；
3）尽可能少用光学元件，
4）选取合适的路径，使相干光束达到等光程。
2、光路的排布：根据所设计的光路图，在防震台上排
布光路。请把光路排布中遇到的问题、解决的思路和办法写在实验报告中。
光路排布的原则是：
1）各光学元件必须调到共轴，光束走向应相对于台面
保持平行，以获得一致的偏振态，避免相干不完全；
2）根据要求的光栅空间频率，计算两束相干光的夹角，并按照计算值排布光路；
3）全息干板应与两光束对称放置；
4）选取合适的分束镜分束比，以及合适的扩束镜倍数，以获得合适的光强比（光强比通常取1：1，以便获得较高的衍射效率）；
5）所有夹持光学元件的支架必须保持稳定，不得有丝
毫震动二、记录一维全息光栅
利用排布好的光路，制作一块一维全息光栅。注意：
1、本实验使用天津Ⅰ型银盐干板；
2、选取合适的曝光时间te，
3、将银盐干板安装在干板架上，干板在干板架上被夹
衍射光栅实验报告 一、实验目的： 1.了解光栅的分光特性 2.测量光栅常量 二、实验用具： 分光仪、平面透射光栅、平面反射镜、低压汞灯 三、实验原理： 光栅是在空间上具有周期性的栅状物，并作为衍射元件的光学元件。从产生衍射的机制上，光栅可分为振幅型和相位型两种。振幅型光栅是利用栅状物的透过率（或反射率）对入射光振幅在空间上进行调制，相位型光栅则是利用栅状物对入射光的相位在空间上进行调制。通常在光谱仪器中所用的光栅是振幅型的。振幅型光栅多为面光栅。根据振幅型光栅的形状又可分为平面光栅和凹面光栅。目前常用的栅状物透过率有正弦型（理想的全息光栅）和二元型（平行、等宽、等间距的刻痕）两种。振幅型光栅又分透射和反射两种类型。本实验使用的是透射型的全息光栅。 二元光栅是平行等宽、等间距的多狭缝，它的分光原理如图所示 狭缝S处于透镜L1的焦平面上，并认为它是无限细的；G是衍射光栅，它有N个宽度为a的狭缝，相邻狭缝间不透明部分的宽度为b。如果自透镜L1出射的平行光垂直照射在光栅上，透镜L2将与光栅法线成θ角的光会聚在焦平面上的P点。光栅在θ方向上有主干涉极大的条件为 (a+b)sin θ=kλ 这就是垂直入射条件下的光栅方程，式中，k为光谱的级次、λ是波长、θ是衍射角、（a+b）是光栅常量。光栅常量通常用d表示，d=a+b。 当入射光不是垂直照射在光栅上，而是与光栅的法线成φ角时，光栅方程变为
d(sin φ±sin θ)=kλ 式中“+”代表入射光和衍射光在法线同侧，“-”代表在法线两侧。光栅的衍射角θ仍定义为与光栅表面法线的夹角。 在复色光以相同的入射角照射到光栅，不同波长的光对应有不同的θ角，也就是说在经过光栅后，不同波长的光在空间角方向上被分开了，并按一定的顺序排列。这就是光栅的分光原理。 四、实验操作 1、按照“分光仪的原理与调节”中的方法将分光仪调节到可以用于测量的状态； 2、调节光栅 将光栅按如图所示方式放置在载物台上 光栅平面与V1、V3的连线垂直。用汞灯照亮狭缝，使望远镜的叉丝对准狭缝像，这样望远镜的光轴与平行光管的光轴共线。将游标盘与载物台锁定在一起，转动载物台，找到平面光栅反射回来的叉丝像，调节V1、V3使叉丝像与叉丝重合，随即锁住游标盘，并保持V1、V3不动。这时就达到光栅与入射的平行光垂直的要求。 转动望远镜观察位于零级谱两侧的一级或二级谱线，调节V2并稍微旋转狭缝，使两侧的谱线均与叉丝的中心横线垂直，并上下对称。这时光栅的刻痕就与仪器转轴平行，同时狭缝也与刻痕平行。 因为所用透射光栅的两个表面不平行，使用光栅方程式 sin θ++θ− 2 = kλ d 来减少这一因素对测量结果的影响。θ+、θ−分别为正负级光谱之间的夹角。 完成以上操作后，满足条件：（1）平行光垂直照射在光栅表面；（2）光栅的刻痕垂直于刻度盘平面，即与仪器转轴平行；（3）狭缝与光栅刻痕平行。能够使用垂直入射的光栅
衍射光栅实验报告 衍射光栅实验报告 实验目的： 1.熟悉光栅的基本结构，掌握计算衍射光栅的分光角度和衍射光谱的方法。 2.通过实验观察光栅的衍射光谱，了解和验证光的波动性质。 实验原理： 光栅是利用多个均匀周期性平面反射、透射结构排布于平板上，可以将入射光分解成数个互相平行的光线的光学元件。光栅的衍射同样可以由菲涅尔基本公式或者海森伯-布拉格公式进行分析计算。 对于平行入射的单色光，当光线入射光栅表面时，它就会在光栅表面上发生衍射现象。如果假设光栅的腰板间隔为d，当入射波长为λ的光线通过衍射光栅时，会在不同方向形成一系列互相平行衍射条纹。 根据衍射理论，确定的波长λ、腰板距d和衍射角θ之间的关系可以由以下公式给出： dsinθ = nλ (n = 0, ±1, ±2, ……)
其中，n为正整数，称为级次。衍射极大的级次越高，其对应的衍射角就越大。因此，大级次的衍射极大，相应的衍射角也更小。 实验内容及步骤： 1.检查光栅实验仪器是否正常运作。 2.将狭缝与白炽灯构成的光源和光栅之间垂直彼此的平面对准。 3.用三脚架固定光栅和检测器，将检测器调节到最大输出。 4.调节之后，逐步向侧面移动检测器，在恰当的检测器位置调节角度，最终可以观察到高明区。 5.在高明区附近扫描光栅，观察衍射光谱，记录不同级次的衍射角度和亮度。 6.测量光栅的腰板间距，计算不同级次的波长。 实验结果及分析： 在实验中，我们涉及两组光栅，其腰板间距分别为1200根/毫米和600根/毫米。我们使用两组光栅进行了不同波长和级别的光源的衍射实验，得到了如下的结果： 1.使用1200根/毫米的光栅，将不同波长的单色光照射在光栅上，观察和记录了高明条纹的出现位置和亮度，利用以上公式，计算得到了对应波长的级次。如下表所示：
光栅测定光波波长实验报告 一、实验目的 本实验旨在通过光栅测定光波波长的实验，掌握光栅的原理、构造和使用方法，了解光波的本质和特性，研究不同波长的光在光栅上的衍射现象及其规律，并通过实验数据计算出不同波长的光波的波长值。 二、实验原理 1. 光栅原理 光栅是一种具有许多平行等间距凹槽或凸棱形成的平面透镜。当平行入射线照射到光栅上时，会发生衍射现象。由于各个凹槽或凸棱之间距离相等，因此每个凹槽或凸棱都可以看作是一组相干点源，它们发出的衍射光相互干涉后形成了一系列明暗条纹。这些条纹被称为衍射谱。 2. 衍射规律 当入射光线垂直于光栅表面时，衍射谱中心处为零级亮条纹（主极大），两侧依次为一级暗条纹（第一个副极小）、一级亮条纹（第一个副极大）、二级暗条纹（第二个副极小）、二级亮条纹（第二个副极大）……以此类推。衍射角度θ与波长λ和光栅常数d之间的关系为：sinθ=nλ/d，其中n为整数，称为衍射级数。
三、实验步骤 1. 测量光栅常数d 将白光透过准直器使其成为平行光线，调整准直器和透镜位置，使平行光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得白色衍射谱出现在远处的屏幕上。测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。 移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。 计算出光栅常数d=L2/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。 2. 测定氢气放电管谱线波长 将氢气放电管放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得氢气放电管发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的屏幕上。 测量出零级亮条纹的位置，并记录下屏幕距离光栅的距离L1。 移动屏幕至一级亮条纹位置，测量出一级亮条纹到零级亮条纹的距离L2。 计算出氢气放电管谱线波长λ=sinθd/n，其中n为总共出现了多少个一级亮条纹。 3. 测定汞灯谱线波长 同样将汞灯放在准直器前方，调节准直器和透镜位置，使得汞灯发出的光线垂直于光栅表面，并转动准直器和透镜使得谱线出现在远处的
光栅衍射实验报告 引言 光栅衍射是一种重要的光学现象，通过光栅衍射实验可以深入 了解其特性和原理。本次实验旨在通过观察和分析光栅衍射的现象，研究光的波动性。 实验设备与方法 实验中使用的设备包括光源（如激光光源）、光栅和屏幕。首先，将光源置于一定距离外, 并将光栅放置在光源和屏幕之间。然后，在屏幕上观察到光栅产生的衍射图样。 实验结果与分析 当光源照射到光栅上时，光栅会起到一个光阻挡或光透射的作用。光通过光栅后，会发生衍射现象，形成一组干涉条纹，这些 条纹是由于光波的干涉所形成的。我们可以观察到在屏幕上形成 的交替明暗条纹，称之为衍射条纹。 衍射条纹的特点是明暗交替有序，而且在中央最亮，两侧逐渐 变暗。这是由于光栅的排列形式决定的。光栅上的刻痕间距越小，衍射现象就越明显。
在观察衍射条纹时，我们发现条纹间距并非均匀的。这是由于 光栅的刻痕间距不一致所造成的。这种现象被称为光栅的倾斜效应。通过观察不同角度下的衍射图案，可以进一步分析光栅的倾 斜角度和刻痕的间距。 实验中，我们还发现了衍射角和衍射距离的关系。当屏幕距离 光栅一定距离时，移动观察点会导致衍射条纹的位置改变。通过 测量观察点的移动距离和最亮条纹的位置，可以计算出衍射角。 我们可以利用这个关系来研究光栅的特性和进行测量。 实验进一步加深了我们对光的波动性的理解。光栅衍射实验揭 示了光波传播中的干涉现象，证明了光既有粒子性又有波动性。 通过观察和分析光栅衍射现象，我们可以了解到光波在通过光栅 时发生的波动性干涉现象，这对于深入研究光学现象和应用具有 重要意义。 结论 通过光栅衍射实验，我们深入了解了光的波动性和光栅的特性。实验结果表明，光栅衍射现象是光学中一种重要的干涉现象。观 察和分析衍射条纹可以揭示光的波动性和光栅的特性。通过测量
竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅特性研究实验报告 篇一：光栅特性及光谱波长的测量 中国地质大学（武汉） 实验报告 课程名称：近代物理实验 实验名称：光栅特性及光谱波长的测量学院：数学与物理学院班号：组号：组员：指导老师： 1 实验地点： 光栅特性及光谱波长的测量 一、实验目的 1.了解光栅的主要特性 2.测量实验所用光栅常数 3.测量汞灯的谱线波长 4.测量氢灯的谱线波长二、实验原理 光栅和棱镜一样，是重要的分光原件，它可以把入射光
中不同波长的光分开。利用光栅分光制成的单色仪和光谱仪已被广泛应用。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，我们实验所用的是平面透射光栅，它相当于一组数目极多，排列紧密均匀的平行狭缝目极多，排列紧密均匀的平行狭缝。根据夫琅和费衍射原理，每一单色平行光垂直投射到光栅平面上，被衍射，亮纹条件为：dsinθ=Kλ(K=0,±1,±2,± 3,222222)d-----光栅常数θ-----衍射角λ-------单色光 波长 由于汞灯产生不同的单色光，每一单色光有一定的波长，因此在同级亮纹时，各色光的衍射角θ是不同的。除中央亮纹外各级可有四条不同的亮纹，按波长不同进行排列，这样，若对某一谱线进行观察（例如黄光λy=5790A0）对准该谱线的某级亮纹(例如 K=±1）时，求出其平均的衍射角θ〈 y，代入公式就可求光栅常数d，然后可与标准比较。本实验采用d=1/1000厘米的光栅。相反，若将所求得的光栅 常数d，并对绿光进行观 察，求出某级亮纹（如K=±1）的平均衍射角θ〈y，代入公式，又可求出λg。同理，可以同级亮纹或不同亮纹的 其他谱线进行观察和计算。当一束平行光垂直入射到光栅上，产生一组明暗相间的衍射条纹，其夫朗和费衍射主极大由下式决定：
衍射光栅实验报告 一、引言 光量子化作为量子力学其中一个基本原理，是研究量子物理现象的重 要组成部分，本实验通过拱形衍射光栅，用孔径函数及波动矩阵理论，探究量子力学中的一些基本现象，以及衍射光栅的技术特性；通过该 实验实时观察，显示出光衍射现象与使用衍射光栅的特色，而不仅仅 是衍射光栅的影响。 二、实验原理 衍射光栅的原理包括几个不同的概念，其中主要的概念有孔径函数、 空间偏振效应、波动矩阵理论等，这些概念共同构成了衍射光栅的基 本原理。 （1）孔径函数：孔径函数是用来描述衍射光栅中物理性质的函数。它 可以用来确定衍射光栅中物理性质的不同程度，从而使用衍射光栅产 生出不同的波形。 （2）空间偏振效应：空间偏振效应是指当激光光束通过不同尺寸的衍 射光栅，衍射光束束宽和衍射效率在空间上有明显的不同。 （3）波动矩阵理论：波动矩阵理论是量子力学的重要例子，用来描述 波动过程。它可以用来描述光束在衍射光栅中的传播方式、衍射方式
和捕获方式，从而对衍射光栅进行精确计算和分析。 三、实验方案 本实验使用了拱形衍射光栅，用来证明量子力学基本原理及光衍射现象。实验中使用的设备有，光源（各项调节功能）、波长调节装置、衍射光栅以及双筒望远镜。 （1）首先通过调节波长及激光光强调整激光输入条件，然后将激光束输入到衍射光栅上，其中左右两侧激光束同时通过拱形衍射光栅。 （2）接下来，通过调节孔径函数的宽度，以及拱形衍射光栅的参数，以及激光束的波长，激光束会在衍射光栅上产生出不同的衍射现象，通过双筒望远镜观察激光衍射现象，及衍射光栅的特性。 四、实验结果 通过调节孔径函数的宽度，以及拱形衍射光栅的参数，以及激光束的波长，激光束在衍射光栅上的衍射效果如下所示： （1）当孔径函数的宽度增加，波束在衍射光栅上会产生大量的短途衍射； （2）当孔径函数的宽度增大，衍射位移量也会随之增大，尤其是空间偏振效应；
光栅实验报告 光栅实验是一种基本的物理实验，通过光栅的衍射现象探究光 的性质和特征。在实验中，我们使用了一条干净的光源，将光线 照射到光栅上，探究光的折射、绕射和干涉等现象。在实验过程中，我们还需要利用光学仪器测量和分析光的波长、能量等参数，以便更好地了解光的本质和光学原理。 实验仪器和条件 在本次实验中，我们使用了一台JY-5600型光栅衍射仪、一条600线/mm的反射光栅和一个光源（高压汞灯），以及一些辅助仪器和工具。实验条件包括光源的亮度、光栅的朝向和角度、光线 的入射角度等。我们需要根据实验要求进行调整和设置，以保证 实验的准确性和可靠性。 实验步骤和结果 在实验中，我们首先需要进行光源的调整和衍射图案的观察。 通过在光栅前放置一个白色纸片，我们可以清楚地看到光栅衍射 出来的彩虹色条纹，并用笔标记出它们的位置和形状。接下来，
我们可以使用衍射仪上的尺子测量出光栅与光线的夹角，以及各 条谱线的位置和角度。通过这些数据，我们可以计算出光的波长 和能量等参数，进一步分析光的特征和性质。 在实验中，我们还需要注意到光的偏振和颜色等方面的变化。 在不同的角度和位置下，我们可以观察到光线的颜色和强度有所 不同，说明光的折射和绕射效应随着入射角度的变化而变化。同 样地，我们也可以通过改变光的偏振角度来研究偏振光的传播方 式和特征。这些分析可以帮助我们更好地理解光的本质和光学原理。 实验误差和改进 在实际实验中，我们也会遇到一些误差和问题。例如，光源的 稳定性和光栅的质量会影响衍射效果和测量结果。此外，光线的 入射角度和路径也会受到环境和仪器条件的影响，需要进行精细 的调整和测量。为了减小这些误差，我们可以采取一些改进措施，例如使用更好的光源和光栅材料、优化仪器设计和测量方法等等。我们还可以多次重复实验，取平均值和做数据处理，提高实验结 果的可靠性。
光栅的衍射实验报告 引言： 衍射是光的一种特性，指的是光通过物体边缘或孔洞时产生的弯曲或波动现象。作为光学实验中的重要内容，衍射实验能够帮助我们更好地理解光的性质和行为。本实验报告将详细介绍光栅的衍射实验，并对实验结果进行分析和讨论。 实验目的： 1. 了解光栅的特性和原理； 2. 掌握实验装置的搭建和操作方法； 3. 观察和记录光栅衍射的现象； 4. 分析实验数据，验证光的衍射理论。 实验器材和原料： 1. 光源：白炽灯； 2. 光栅：使用常规光栅，间距为d； 3. 准直系统：凸透镜、光屏和支架。
实验步骤： 1. 将凸透镜和光栅放置在合适的位置，调整光源的位置使得光线通过光栅； 2. 调整凸透镜的位置，使光线集中到一点，并投影在光屏上； 3. 观察光屏上的衍射条纹，并记录实验结果； 4. 改变光栅间距，重复步骤3，观察光屏上的变化。 实验结果： 实验中观察到的衍射现象是在光屏上出现了一系列明暗相间的直线条纹，这些条纹的宽度和亮度不均匀分布。当改变光栅的间距时，我们注意到衍射条纹的密度和宽度也会有所不同。 实验讨论： 1. 光栅的原理与特性：光栅是由许多狭缝组成的光学元件，它能够将入射光线分散成许多平行的光束，进而产生衍射现象。光栅的间距决定了衍射条纹的密度，而狭缝的宽度和形状则决定了条纹的亮度和形态。 2. 衍射现象的解释：光通过光栅时，会发生衍射现象。根据光的波动性质，入射光波会被光栅狭缝分散成许多次级波，这些次
级波会干涉形成衍射条纹。其中，主极大对应条纹的亮度最高，而次级极大和极小对应着条纹的暗亮交替。 3. 影响衍射现象的因素：除了光栅的间距和狭缝宽度外，光源的波长也会对衍射条纹产生影响。较长波长的光线更容易产生衍射现象，而较短波长的光线则很难显示衍射条纹。 4. 实验误差和改进方案：实验中可能存在的误差主要包括光源的稳定性和光栅的制造差异。为了减少误差，可以采用更稳定的光源和标准化的光栅。 结论： 通过对光栅的衍射实验的观察和分析，我们验证了光的波动性质以及衍射理论。光栅的间距和狭缝宽度是影响衍射条纹的关键因素，而实验误差的存在也提醒了我们在进行实验时的谨慎和准确性。 实验的意义： 衍射实验不仅有助于我们更深入地理解光的特性和行为，也为光学领域的科学研究和技术应用提供了理论基础和实验依据。通过实验，我们能够客观地观察光的衍射现象，并在数据分析的基础上为光栅技术的应用提供支持和指导。
竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅特性与超声光栅实验报告 篇一：大学物理实验报告系列之超声光栅 大学物理实验报告 篇二：实验报告-光栅特性的研究 实验报告 姓名：班级：学号：实验成绩： 同组姓名：实验日期：20XX-9-16指导老师：助教28批阅日期：光栅特性的研究 【实验目的】 1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用 2.测量光栅的特性参数。 3.掌握Rc、RL串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。 4.从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的衍射现象。
【实验原理】 1.光栅衍射 有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元件 成为光栅．设光栅的总缝数为n，缝宽为a，缝间 不透光部分为b，则缝距d=a+b，称为光栅常 数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行光垂 直入射到光栅平面上时，通过不同的缝，光要发 生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍射，且n 条缝的n套衍射条纹通过透镜后将完全重合．如图1所示，当衍射角θ满足光栅方程dsinθ=kλ（k=0、±1、±2、…）时，任两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮的主极大明条纹． 2．光栅光谱 单色光经过光栅衍射后形成各级主 极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍 射谱．如果用复色光照射，由光栅方程 可知不同波长的同一级谱线（零级除外） 的角位置是不同的，并按波长由短到长 的次序自中央向外侧依次分开排列，每 一干涉级次都有这样的一组谱线．在较 高级次时，各级谱线可能相互重叠．光 栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱．
评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领． 若入射光束不是垂直入射至光栅平面（图2），则光栅的衍射光谱的分布规律将有所变化．理论指出：当入射角为i 时，光栅方程变为 【实验数据记录、实验结果计算】 1、白色条纹角度：25720’7721’ 2、绿光 绿光的测量数据 2、蓝光 蓝光的测量数据 3、紫光 紫光的测量数据 4、黄光1 黄光1的测量数据 4、黄光2 黄光2的测量数据 篇三：超声光栅实验 TeAcheRsguIDebooK 仪器使用说明 FD-ug-A 超声光栅实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司
超声光栅实验报告 一、实验背景介绍 超声光栅是由光学叠加和声学叠加两个物理效应综合而成的一种光学装置。其基本原 理是在光路中设置超声波振动源和光栅，利用超声波的自然调制能力从而实现了光场的调制。在超声光栅中，麦克风将声信号通过调制速度变化并传递至声光晶体上，从而形成了 光学调制。超声光栅的主要应用包括回波测距、声光调制、光学滤波等。 本实验主要是探究超声光栅的基本原理和应用，结合实验过程和结果，对超声光栅撰 写一份实验报告。 超声光栅具有声光调制的基本原理，即在光学信号的传输过程中通过外加声波的调制，从而实现光场的调制。超声光栅主要由声光晶体、激光器、检光器、超声波振动源和信号 处理部分组成。 1.声光晶体 声光晶体是指通过特定的光折射介质，使光波与机械振动的耦合相互作用，并且产生 相应的全息衍射现象。声光晶体不仅可以将光学信息转化为声学信息，还可以将声学信息 转化为光学信息。 2.超声波振动源 超声波振动源主要是利用压电板能够在电力作用下产生振动的特性，通过外加电压来 实现振动的控制。一般采用的超声波源为50kHz左右的振动频率，通过改变频率和振幅来 改变其调制光学信号的能力。 3.信号处理部分 信号处理部分主要是利用检光器进行光信号的检测与处理，并且可以将检测到的反馈 信号通过数字化等处理，从而对声光晶体的特性进行更加准确的控制和调节。 三、实验器材与步骤 1.实验器材 （1）激光器 （4）振荡器 （6）频率计
（7）可变电压源 （8）数字存储示波器 2.实验步骤 （1）将激光器和声光晶体结合起来，并且在光路中设置超声波振动源。 （2）调整超声波源的频率，使其与声光晶体产生谐振现象，并且获得最佳光学调制效果。 （3）串联检光器，利用数字示波器来检测光学信号的强度变化，并且通过改变声光晶体的特性对其进行控制。 （4）采用可变电压源对声光晶体进行调制，从而获得不同调制频率和幅度的超声光栅。 四、实验结果与分析 在本次实验中，我们采用了调制频率为50kHz和声光晶体宽度为0.75cm的超声光栅，通过数字示波器得到了如下的调制图像。 图1 超声光栅的光学调制图像 从图中可以看到，随着声光晶体的调制，光学信号的强度也出现了明显的变化，并且出现了多个光学峰位。这些峰位是超声光栅的光阻抗的表现，即由于声光晶体造成了光场的扩散现象，从而形成了光学峰位。 此外，在实验的过程中我们还对超声光栅的频率和幅度进行了调制，通过数字存储示波器得到了不同频率和幅度下的光学调制结果并进行了对比。实验发现，在调制频率为50kHz的情况下，随着声光晶体的幅度的增加，光学信号的光阻抗也逐渐变大。这种频率和幅度之间的关系是超声光栅调制的基本特性，可以用于实现多种不同的光学调制效果。 五、实验总结 通过本次实验，我们探究了超声光栅的基本原理和调制原理，并且通过数字存储示波器得到了不同频率和幅度下超声光栅的调制效果。通过实验还发现，超声光栅可以实现多种不同的光学调制效果，并且在实际应用中有着广泛的应用前景。因此，这次实验不仅可以让我们了解到新颖的声光调制技术，还对今后的科研和应用工作有着重要的指导作用。
光栅衍射实验报告数据处理 实验目的：通过光栅衍射实验，了解光的衍射现象，掌握光栅 衍射的基本原理和方法，以及学会使用数据处理软件进行实验数 据分析和处理。 实验仪器：光栅衍射仪、百分尺、科学计算器、计算机等。 实验原理： 光栅是一种具有一定间隙和透光带的平面光学器件。光栅的透 射特性是基于光的干涉现象，当平行光线通过光栅时，光线会发 生衍射现象，形成一系列光强明暗相间的衍射波，这些波的位置 和强度与光栅的间距有关。光栅的间距越小，衍射角度越大。 实验步骤： 1、使用百分尺测量光栅的刻度间距d和光栅与准直器的距离L； 2、将光源对准准直器，使光线垂直于准直器，并将准直器移 动到合适的位置使得衍射光线进入光栅； 3、调整光栅位置，使得观察屏上能够看到明暗相间的衍射条纹；
4、换取不同波长的光源，重复步骤3，记录下不同波长下的衍 射图像； 5、将记录下的数据导入计算机，使用数据处理软件对实验数 据进行分析和处理，得出实验结果。 实验结果： 通过光栅衍射实验，我们得到了实验数据并使用Matlab软件进行了数据处理。最终实验结果如下： 对于波长为632.8nm的激光光源，衍射条纹间距d=1.50×10^- 6m；对于波长为546.1nm的汞灯光源，衍射条纹间距d=1.09×10^- 6m。 根据上述实验结果，我们可以计算得出光栅常数：d*sinθ=nλ， 其中n为衍射级次，θ为衍射角，λ为波长。通过数据处理，我们 可以得出光栅常数d为(1.45±0.01)×10^-6m。 实验结论： 本次光栅衍射实验通过实验数据的处理和分析，得出了波长为632.8nm的激光光源和波长为546.1nm的汞灯光源对应的光栅常数，验证了光栅衍射的基本原理，实验结果与理论计算值相近，实验 达到预期目的，为今后的实验和科学研究提供了参考。
光栅实验的实验报告 光栅实验是一项重要的物理实验，它可以通过衍射现象来研究光的性质和结构。本次实验旨在探究光栅的衍射现象，并通过实验数据来验证光栅的特性和性能。 实验原理 光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它的主要作用是对光进行衍射。当光线通过光栅时，会发生衍射现象，形成不同的衍射级别，从而产生多个明暗相间的光斑。这些光斑的位置和间距可以通过光栅的特性和参数来计算和预测。 光栅的特性主要取决于它的周期和线数，其中周期代表了光栅中线与线之间的间距，线数代表了光栅中每个单位长度内线的数量。通过调整光栅的周期和线数，可以改变光栅的衍射效果，从而实现对光的分光和分辨。 实验装置 本次实验使用的装置主要包括光源、准直器、光栅、望远镜、测角仪等。其中光源用于提供光线，准直器用于调整光线的方向和强度，光栅用于产生衍射现象，望远镜和测角仪用于观察和测量光斑的位置和间距。
实验步骤 1.调整光源和准直器，使光线垂直于光栅表面，并使光线通过光栅的中心。 2.调整望远镜和测角仪，使其对准光栅的中心，并使其能够观察到光栅产生的衍射光斑。 3.逐步调整光栅的位置和角度，记录每个衍射级别的位置和间距，同时观察光斑的亮度和形状。 4.根据实验数据，计算和绘制出光栅的衍射图案，分析和解释光栅的特性和性能。 实验结果 通过本次实验，我们得到了一组光栅衍射的实验数据，其中包括了多个衍射级别的位置和间距。通过对这些数据的分析和处理，我们得到了光栅的衍射图案，如图所示： 从图中可以看出，光栅的衍射图案呈现出多个明暗相间的光斑，其中每个光斑的位置和间距都与光栅的特性和参数有关。通过对这些光斑的测量和计算，我们可以得到光栅的周期和线数，进而分析和解释光栅的特性和性能。 结论
超声光栅实验报告数据(共6篇) 实验一 超声光栅实验表明，声波是能够通过软组织和液体的，因为声波经过液体后，其频率 不受影响。因此，声波成为医学诊断领域最重要的手段之一。 本实验的目的是研究利用超声光栅进行超声波的干涉测量。我们使用一个超声波发生器，将超声波发射至水槽中的另一个超声波接收器处。在发射时，我们使用一个移动彩色 条形图形装置，以获得超声波的移动干涉条纹，这一现象证明声波存在波动性。 通过对实验数据的处理，我们得到了干涉条纹的波长为121.03μm。这一结果准确地 说明了波长的概念，在超声光栅中，声波作为波动的媒介，在过程中具有波动性。 本实验是对超声光栅进行干涉实验研究的。我们使用干涉仪器对激光光源和超声波光 源进行干涉，获得光强分布曲线，获得了光强分布的相位差和光强分布的和平方。 实验结果表明，如果超声波光源与光源的光强分布不同，那么光强分布曲线将不同， 并且波幅也会发生改变。同时还发现，当两个光源的光强分布相同时，光强分布的干涉图 也会相同。 本实验是研究超声波在双晶的干涉衍射中的应用。我们使用超声波进行干涉衍射实验，发现了超声波的衍射效应。 在干涉衍射的过程中，当超声波通过双晶时产生了衍射，我们发现超声波会出现大量 干涉条纹，这些干涉条纹是由超声波的衍射产生的。同时，我们还发现干涉衍射效应是可 以被控制的，因此可以通过调整叉栅的间距和双晶的方向来控制干涉条纹的数量和位置。 超声光栅实验表明，在介质中传输的声波会发生折射和反射现象。本实验就是利用超 声波的折射现象，研究了声波在不同介质中的折射率。 通过对不同介质中的声波传输进行实验，我们发现不同介质之间的折射率存在巨大的 差异，这是因为不同介质的物理结构和物理性质不同。同时，我们还发现折射率可以通过 改变介质的相对密度和温度来调节。 本实验的目的是研究利用超声光栅的多路径衍射和干涉现象，测量介质中的声速。我 们在实验中使用了超声波发射器和接收器，测量同一位置的多条声波路径上的信号。 通过实验，我们发现了声速与温度和压力有关，具体数值会受到介质密度、粘度、压 强等参数的影响。在实验过程中，我们可以通过改变介质的状态（如改变温度、压强等参数），来探究声速与这些参数间的关系。
光栅衍射实验报告 光栅是一种具有周期性结构的光学元件，广泛应用于光学仪器和光学信号处理领域。光栅衍射实验是一种常见的实验方法，通过观察和分析光栅衍射图样，可以获得光栅的参数和光栅常数等信息。 本次实验使用了一种称为垂直光栅的光学元件，它的结构是在一块玻璃或透明塑料片上薄膜沉积了许多等距的透明带状条纹，条纹的间隔称为光栅常数。我们将一束单色光照射在光栅上，观察和记录光栅衍射图样。 实验中，我们首先调整实验装置，使得入射光束垂直照射在光栅上。然后，我们调节入射光的角度和方向，以观察到清晰的衍射图样。在观察衍射图样时，我们可以看到中央亮纹和两侧暗纹的分布情况。 接下来，我们用测量工具测量了光栅衍射图样中中央亮纹和暗纹之间的距离，然后根据公式计算出光栅常数。我们通过多次测量和计算，取平均值，提高测量的准确性。 在实验过程中，我们还发现了一些有趣的现象。当改变入射光的波长时，光栅衍射图样的条纹间距也会发生变化。这符合我们对光栅衍射现象的理解，即光栅的衍射效应与入射光的波长有关。 此外，我们还观察到了光栅衍射图样中的级次现象。级次是指在光栅上按照一定的角度倾斜照射入射光，可以看到一系列亮
纹的现象。通过测量级次与入射光波长之间的关系，我们可以进一步研究光栅的参数和光栅常数。 通过本次实验，我们深入了解了光栅衍射的基本原理和现象，掌握了测量光栅常数的方法和技巧。实验结果与理论预测基本吻合，验证了光栅衍射理论的正确性。同时，我们也发现了一些与实验结果不符的异常情况，需要进一步探索和研究。 总之，光栅衍射实验是一种基础的光学实验，通过观察和分析光栅衍射图样，可以获得光栅的参数和光栅常数等重要信息。通过本次实验，我们不仅加深了对光栅衍射现象的理解，还掌握了实验技巧和数据处理方法，对光栅衍射实验有了更深入的认识。
全息光栅实验报告 全息光栅实验报告 引言 全息光栅是一种利用光的干涉原理来记录和再现三维图像的技术。它具有高分 辨率、大视角、真实感强等优点，被广泛应用于全息术、光学存储、光学显微 镜等领域。本次实验旨在通过制作全息光栅来了解其原理和应用。 实验步骤 1. 准备实验材料 首先，我们需要准备一些实验材料，包括激光器、全息光栅片、光敏材料等。2. 制备全息光栅 将光敏材料涂在全息光栅片的一侧，并在黑暗环境中等待光敏材料干燥。 3. 激光照射 将激光器对准全息光栅片的光敏材料侧，以一定的角度照射。注意保持光束的 稳定和聚焦。 4. 干燥处理 将照射过的全息光栅片放置在黑暗环境中，进行干燥处理。这个步骤非常重要，它可以使光敏材料中的干涉图样固定下来。 5. 反射光栅 将全息光栅片放置在光源旁边，用另一束激光照射到全息光栅片上。观察到反 射出的光束，可以看到干涉条纹的形成。 实验结果 通过以上步骤，我们成功制作了一张全息光栅。在反射光栅的实验中，我们观
察到了明暗交替的干涉条纹。这些条纹是由光的干涉效应产生的，通过调整光束的角度和波长，我们可以得到不同的干涉条纹。 讨论与分析 全息光栅的原理是基于光的干涉和衍射效应。在制备全息光栅时，光敏材料的光敏性质使其能够记录下光的干涉图样。当激光照射到光敏材料上时，光束会与光栅的周期结构相互作用，形成干涉条纹。通过干涉条纹的记录和再现，我们可以实现对三维图像的捕捉和显示。 全息光栅在现实生活中有着广泛的应用。例如，在全息术中，全息光栅可以用来记录和再现真实物体的三维图像，使观察者可以从不同角度观察物体。在光学存储领域，全息光栅可以用来储存大量的信息，并具有高密度、高速度的读写能力。此外，全息光栅还可以应用于光学显微镜，可以提供更高的分辨率和更真实的观察效果。 结论 通过本次实验，我们了解了全息光栅的制备过程和原理。全息光栅作为一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景。在未来的研究中，我们可以进一步探索全息光栅的性能优化和应用拓展，以满足不同领域的需求。
双光栅实验报告 双光栅实验报告 引言 在光学实验中，双光栅实验是一种常见的实验方法，用于研究光的干涉和衍射现象。通过使用两个光栅，我们可以观察到一系列有规律的亮暗条纹，从而揭示光的波动性质和光栅的特性。本文将介绍双光栅实验的原理、实验装置和观察结果，并对实验结果进行分析和讨论。 实验原理 双光栅实验是基于光的干涉和衍射现象。当光通过一个光栅时，光的波前会被分成一系列的次波前，形成干涉条纹。如果在光栅后面再放置一个光栅，第二个光栅上的次波前将与第一个光栅上的次波前干涉，形成一系列更加复杂的干涉条纹。 实验装置 本次实验所使用的装置包括两个光栅、光源、准直器、透镜和屏幕。首先，我们将光源通过准直器调整为平行光，然后通过透镜将光聚焦到第一个光栅上。第一个光栅将光分成一系列次波前，其中一部分次波前会通过第二个光栅。最后，我们将观察屏幕放置在第二个光栅的后方，以观察干涉条纹的形成。 实验结果 通过实验观察，我们可以看到在观察屏幕上出现了一系列明暗相间的条纹。这些条纹呈现出规律的分布，有的条纹间距较宽，有的间距较窄。通过调整实验装置的参数，如改变光源的位置、调整光栅之间的距离等，我们可以观察到不同形状和间距的条纹。
实验分析 双光栅实验的条纹形成是由光的干涉和衍射效应共同作用的结果。当光通过第 一个光栅时，光的波前被分成一系列次波前，这些次波前在第二个光栅上再次 发生干涉和衍射。干涉是由于光的波动性质，当两个波峰或波谷相遇时会产生 增强的干涉效应，而当波峰和波谷相遇时会产生衰减的干涉效应。衍射则是由 于光通过光栅的缝隙时会发生弯曲和扩散，使得光的传播方向发生变化。 通过对双光栅实验的观察和分析，我们可以得出以下结论： 1. 干涉条纹的间距与光栅的间距有关，当光栅的间距增大时，条纹的间距也会 增大。 2. 干涉条纹的形状与光栅的特性有关，不同形状的光栅会产生不同形状的条纹。 3. 干涉条纹的亮度与光源的强度有关，光源越强，条纹越明亮。 结论 双光栅实验是一种研究光的干涉和衍射现象的重要实验方法。通过观察干涉条 纹的形成和分布，我们可以深入了解光的波动性质和光栅的特性。双光栅实验 不仅在理论物理学中有重要应用，也在实际生活中有广泛的应用，如光学仪器 的设计和光学材料的研究等。通过深入研究和理解双光栅实验，我们可以更好 地探索和利用光的特性，为光学科学的发展做出贡献。
衍射光栅实验报告实验改进 衍射光栅实验报告实验改进 引言： 衍射光栅实验是物理学实验中常见的一个实验，通过观察光通过光栅后的衍射 现象，可以研究光的波动性质。然而，在进行实验的过程中，我们发现了一些 问题，为了改进实验，提高实验结果的准确性和可靠性，我们进行了一系列的 实验改进。 实验改进一：光源选择 在原先的实验中，我们使用了一般的白炽灯作为光源，但是由于白炽灯的光谱 不连续，光强不均匀，会对实验结果产生一定的影响。为了解决这个问题，我 们改用了一台具有连续光谱的氢气放电灯作为光源。这样可以保证实验中所使 用的光具有更好的单色性和均匀性，从而提高实验结果的准确性。 实验改进二：光栅选择 原先我们使用的光栅是一种常见的光栅，线数较少，导致衍射条纹较为稀疏， 观察起来不够清晰。为了改善这个问题，我们选择了一种线数更多的光栅进行 实验。通过增加光栅的线数，可以使得衍射条纹更加密集，观察起来更加清晰，从而提高实验结果的可靠性。 实验改进三：光路调整 在进行实验时，我们发现原先的光路调整不够精确，光束没有完全垂直入射光栅，导致实验结果的误差增大。为了解决这个问题，我们使用了一个调整光路 的装置，通过调整光源和光栅之间的距离，使得光束能够垂直入射光栅。这样 可以减小误差，提高实验结果的准确性。
实验改进四：数据处理 在原先的实验中，我们只是简单地观察了衍射条纹的形态，没有进行进一步的数据处理。为了提高实验结果的准确性和可靠性，我们对实验数据进行了更加详细的处理。首先，我们使用了一台高精度的光强测量仪，测量了不同位置的光强值。然后，我们通过对光强值的统计和分析，得到了更加准确的衍射条纹的位置和强度信息。这样可以使得实验结果更加可靠，提高实验的科学性。实验改进五：误差分析 在进行实验时，我们还进行了详细的误差分析。通过对实验过程中可能存在的误差进行分析和计算，我们可以得到实验结果的误差范围。这样可以使得实验结果更加准确和可靠，同时也可以对实验结果的可信度进行评估。 结论： 通过以上的实验改进，我们成功地提高了衍射光栅实验的准确性和可靠性。通过选择合适的光源和光栅，调整光路，进行数据处理和误差分析，我们得到了更加准确和可靠的实验结果。这些改进不仅提高了实验的科学性，也为后续的相关研究提供了更加可靠的基础。我们相信，在今后的实验中，我们可以继续改进实验方法，提高实验结果的准确性和可靠性。
光栅衍射实验 一、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； 3.测左光波波长及光栅常数等。 二、实验原理： 光栅（grating）是大量等宽、等间距的平行狭缝（或发射而）构成的光学元件。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行的刻痕，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光（相当于狭缝）。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅。精制的光栅，在1mm宽度内刻有数百乃至数千条刻痕。另外一类是利用两刻痕间的反射光衍射的光柵，如在镀有金属层的表而，上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光。这种光栅称为反射光栅（常称为闪耀光栅）。实际应用中，各类光学设备使用的光栅基本上都是反射光栅。 透射光栅和反射光栅的原理如图所示：
I. 如液单色平疔光取射金光HHW 上(图I).则览hlk 欣縫的光终丙衍射梅简％个方问俗 拓.这岐術射光级又兀相干沙・金抡收腭 上久形威明塩的谱縄仙构. 呂由5八心瑕定・即 «/(>in^A —jiin^? )« *AS< «Af ・O 」2 .......... > ( I ) 此比琢为允捌力程•勻入射箱“幻U 时・间化为”“W A =止人人• 尢恸力程中・"=。・/>林勾光栩帘数：厂幻入射允波K ・X 亦炸纹级故・ 叫•足人 级明 乂纹的初姑知< mm O- 从光栅力•程中町以右刘・如杲入射光不足P 色光・M1W>t 的波・KfijW/tJ V>A 也 各•平tUEJ ・「足型 色Jt 将被分解・在中央位宜・K-O ・驱・0处・斤色％仍亜业住一・启・形 欣中央明纹(不级«n>- e 中央明 纹刈阿対祢地分命笛AT -I ・2・$・•级允诺・各级光语 堆都按波长人小的*?序依次HF 列戚一 如彩色暗绘・広歼就耙厦色• 光分解力 Jtitt. (aim .3 所示. 於种循團较人色敬的光宁仪為 如光赠仪箸和1W5徑分光器竹. 光栅就 处册於用的分光・它能耙坯 件光分解力光带. 2.反射•光冊 从透射光柵的光柵方程中可以看 到.透射光 柵的零级谱线并没有分光 作用•但零级谱线的光 强蜕大・因此 透射光柵的衍射谱线对能量的利用 率 足很低的・造成这个现象的原因足. 光冊缝间 干涉的零级极大与单经衍射 因子的主极大方向一 致.光强主要樂 中在衍射主极大方向.而这个方向 上 足縫间干涉的零级.无分光作用.所 以造成了 光强的极大浪费.实际应用 中・人们总足使用闪維光柵來分光• 图4尢线入射至闪塔尢柵发生的衍射 它能扱大地捉髙光的利用效皐. 反射光柵光路原理如图4所示.d 足光柵•常数：。足相对于光栅平面的入殊角.卩足衍 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绪间的干涉形成光谱.谱线 位矍可同样由光樹方段第出： d (sin^x 土sin® = iA7 <2) 当入射光与衍射光在法线的不同侧时上式取负号•否則取正号.对干正入妨.上式简化 为:d sin^A * = ±/fz« 对于透射光柵和反射光冊■如媳知逋光冊常数么通过测St 衍射角0我们可以计算出 光波长必反过来.己知光波长.通过测泄衍射角.我们可以得到光栅常数乩 3•而在我们的日常生活中，具有光栅特性的物品经常用到，例如手机，其显示屏就是 正方形网格，每个小方格就是一个显示单元，网格越密，则显示分辨率越髙。这些整 re I 适射尤悔厢理罔 光棚対入妁光的術射作用如图2所示.rm 力单継 術射的作用.中图力t 缄干涉的作用.下 图力二打联 合 作用得到的仙宋・岀射光的光理分 匍为， Mifflin 、1・__jUn6/ « (4Zr/ > E2 r^fvw^«rw -4 “仲j •(警y 典中 丫 . sgii ^― »iin 孙 $ . >un w ■ zn H 》 光谀左达比中询•项足射内r ・JH-flii 足#雜I •眇囚 c 和射允诺中明糸纹的位 •mo Z/a) m 3 滋射允棚術刪允识示倉讯
衍色光栅实验报告总结与反思 实验目的 本次实验的目的是通过使用衍色光栅，观察光的衍色现象，了解光的波动性质以及光的频谱分解特性。 实验装置与原理 本次实验使用的实验装置包括一个黑色发光二极管光源、一个光学光栅、一个凸透镜和一个屏幕。实验原理是当平行光通过光栅后，会发生衍射现象，不同波长的光在通过光栅后，会发生不同程度的弯曲，从而形成不同颜色的色散现象。 实验步骤与结果 1. 将光源对准光栅，调整凸透镜的位置，直到在屏幕上观察到清晰的光栅。 2. 调整观察角度，利用黑色发光二极管光源发出的白光，观察到七个明亮的光斑，呈现出红橙黄绿青蓝紫的颜色。 3. 调整凸透镜与发光二极管的距离，观察到红橙黄绿青蓝紫七个颜色的光斑有明显的大小差异。 通过实验，我们成功观察到了光的衍色现象，并且得到了七个颜色的光斑。
实验结果分析与讨论 通过观察实验结果，我们可以得出以下结论： 1. 光栅具有很强的分光能力，能够将白光分解成七个颜色的光斑。 2. 光的波长不同，其在光栅上的衍射程度也不同，从而引起不同颜色的色散现象。 3. 不同波长的光经过凸透镜后，会聚焦于不同的位置，形成大小不同的光斑。 在实验过程中，我们还发现了一些问题： 1. 实验中使用的黑色发光二极管光源的光线并不纯净，会影响实验结果的准确性。 2. 实验中观察到的光斑大小差异较大，可能与实验过程中的误差和不确定性有关。 实验总结 通过本次实验，我们对光的波动性质和光的频谱分解特性有了更深入的了解。实验中我们成功观察到了光的衍色现象，并且得到了七个颜色的光斑。同时，我们也发现了一些实验中的问题和不确定性。 对于进一步提高实验结果的准确性和可靠性，我们可以采取以下措施： 1. 使用更纯净的光源，以减少干扰因素对实验结果的影响。