光栅衍射实验

光栅衍射实验—光波波长的测量光栅衍射实验是一种利用光栅条纹进行衍射的实验方法，通过测量衍射条纹的位置及其对比度等参数，可以求出光波的波长，并且还可以用来研究光栅的特性。

一、实验原理1.光栅的概念光栅是一种特殊的光学元件，它是由若干个平行排列的细缝或反射率不同的条纹组成的，当光线垂直入射到光栅上时，经过衍射后，会形成一系列等间距、亮暗交替的光条纹。

这些光条纹的位置和强度是与光波的波长和光栅的特性相关的。

2.光栅衍射的原理当一束平行光垂直入射到光栅上时，在光栅的每个细缝处都会产生不同程度的衍射，形成多个次级光源，这些次级光源再次经过衍射后形成的干涉条纹就是我们所要研究的光谱。

在光栅衍射中，由于光栅条纹之间的间隔很小，因此形成的光谱具有非常高的分辨率。

3.衍射条纹的位置根据衍射理论，在一般情况下，衍射条纹的位置由以下公式给出：d*sinθ = mλ其中，d是光栅的格距，θ是衍射角度，m是整数，表示衍射的级次，λ是光波的波长。

4.扩展光源的作用为了使衍射条纹更加明显、清晰，实验中一般采用扩展光源的方法，不仅可以提高对比度，减小空间干涉等因素对结果的影响，还可以使得整个光栅区域都能够有光照射，避免产生阴影和动态散斑等现象。

二、实验步骤1.实验器材：光栅、氢灯、狭缝、屏幕等。

2.调整光源：将氢灯放置在与狭缝相距15~20cm的位置，用狭缝筛选出单色光源。

3.调整光路：将单色光经过准直透镜后垂直入射到光栅上，同时加入扩展光源，使得整个光栅区域都得到光照射。

4.观察条纹：将屏幕置于衍射的适当位置，观察衍射条纹，测量其位置及对比度等参数，调整前面的步骤，使得衍射条纹达到最佳状态。

5.绘制波长和强度图：用测得的衍射条纹位置和对比度计算光波的波长，组织数据，绘制波长和强度图。

三、实验注意事项1.实验过程中要注意安全，避免光源伤害眼睛。

2.光栅表面要保持干净，防止灰尘和污垢的影响。

3.光路的调整要耐心，确保光线的准确垂直入射到光栅上。

实验五 光栅衍射实验——光栅距的测定与测距实验（一）光栅距的测定实验目的：了解光栅的结构及光栅距的测量方法。

实验原理： 1. 光栅衍射：光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。

它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。

光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。

单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。

谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。

光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。

波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源；这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包迹面（惠更斯原理）实验所需部件：光栅、激光器、直尺与投射屏（自备）。

实验条件：记录数据条件：在激光器发射的激光稳定后，在进行测量，记录数据。

实验步骤：1、 激光器放入光栅正对面的激光器支座中，接通激光 电源后调节上下左右位置使光点对准光栅组中点后 用紧定螺丝固定。

2、在光栅后方安放好投射屏，观察到一组有序排列的衍射光斑，与激光器正对的光斑 为中央光斑，依次向两侧为一级、二级、三级…衍射光斑。

如图20-1所示。

观察光斑的大小及光强的变化规律。

3、 根据光栅衍射规律，光栅距D 与激光波长λ、衍射距离L 、中央光斑与一级光斑的间距S 存在下列的关系：（式中单位：L 、S 为mm ，λ为nm, D 为μm） 根据此关系式，已知固体激光器的激光波长为650nm ，用直尺量得衍射距离L 、光斑距S ，即可求得实验所用的光栅的光栅距。

4、 尝试用激光器照射用做莫尔条纹的光栅，测定光栅距，了解光斑间距与光栅距的关系。

SS L D 22+=λ5、 按照光栅衍射公式，已知光栅距、激光波长、光斑间距，就可以求出衍射距离L 。

将激光对准衍射光栅中部，在投射屏上得到一组衍射光斑，根据公式求出L 。

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。

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ϕ。

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： ()s i ns i n d i m ϕλ±= （1）式中，λ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，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：sin m d m ϕλ= （2）这里，m =0，±1，±2，±3，…，m 为衍射级次，ϕm 第m 级谱线的衍射角。

图1 光栅的衍射2．用最小偏向角法测定光波波长如图2所示，波长为λ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()s i ns i n d i m ϕλ±= （3）若以△表示入射光与第m 级衍射光的夹角，称为偏向角，i ϕ∆=+ （4）显然，△随入射角i 而变，不难证明i ϕ=时△为一极小值，记作δ，称为最小偏向角。

光栅衍射实验一、实验目的1、了解光栅的结构，测量其光栅常数。

2、掌握光栅衍射公式。

3、用光栅测光波波长。

二、基本原理光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，它们都相当于一组数目很多、排列紧密均匀的平行狭缝，透射光栅是用金刚石刻刀在一块平面玻璃上刻成的，而反射光栅则把刻缝刻在硬质合金上。

本实验所用是透射式光栅。

光栅衍射图样是由来自每一个单缝上许多子波以及来自各单缝对应的子波彼此相干叠加而形成。

因此，它是单缝衍射和多缝干涉的总效果。

因此，光栅衍射图样是多缝干涉光强分布受单缝衍射光强分布调制的结果。

衍射图样如图1所示。

单缝衍射的光强分布由单缝衍射因子22sin uu 决定，其中λφπsin a u =，为缝宽，a φ为对缝的半张角，λ为波长。

多缝干涉的光强分布由多缝干涉因子22sin vNv 决定，其中λφπsin d v =，为缝数，＝＋b 为光栅常数，为缝间不透光部分的宽度。

N d a b 因此光栅衍射的光强分布公式为0I I =22sin u u 22sin vNv 。

其图样是干涉与衍射相互作用的结果，多光束干涉图样受单缝衍射的调制，衍射条纹以单缝衍射光强分布曲线为包络线。

图1 光栅衍射光斑排列 图2 产生莫尔条纹的两组光栅如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，如图2所示，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。

莫尔条纹的宽度B为：B=P/sinθ其中P为光栅距。

光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。

光栅莫尔条纹的两个主要特征是：判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。

位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。

衍射光栅实验【实验目的】1．了解分光计的原理与结构。

2．学习掌握分光计的调节方法。

3. 观察光通过光栅后的衍射现象。

4. 测透射光栅的光栅常数。

5. 用透射光栅测光波波长【仪器用具】分光计、光源、平面反射镜、汞灯光源、透射光栅【实验原理】1．分光计分光计是一种用来精确测量角度的仪器，如测量反射角、折射率和衍射角等。

通过测量有关角度，可以确定测定材料的折射率、光波波长和色散率等，其用途十分广泛。

近代摄谱仪、单色仪等精密光学仪器也是在分光计的基础上发展起来的。

分光计结构复杂、构件精密、调节要求高，对初学者有一定难度。

但只要了解了其结构和光路，严格按要求步骤耐心调节，就能掌握。

（一）仪器描述图1 JJY型分光仪1狭缝体锁紧螺钉；2 狭缝体锁紧螺钉；3 狭缝宽度调节手轮；4 狭缝体高低调节手轮；5 平行光管部件；6平行光管水平调节螺钉；7载物台；8载物台调平螺钉；9 望远镜部件；10望远镜水平调节螺钉；11目镜组锁紧螺钉；12目镜组；13目镜调节手轮；14望远镜光轴高低调节螺钉；15支臂；16望远镜微调螺钉；17转座；18度盘止动螺钉；19载物台锁紧螺钉；20制动架；21望远镜止动螺钉；22度盘；23底座；24立柱；25游标盘微调手轮；26游标盘止动螺钉。

分光计的种类繁多，但构造基本相同。

分光计主要由望远镜、平行光管、载物台、光学游标刻度盘四部分组成，其外形如图1所示。

分光计的下部是金属底座，底座中央装有竖直的固定轴，望远镜、载物台、主刻度盘和游标刻度盘都可绕这一固定竖轴旋转，此轴为分光计主轴（中心轴）。

（1）望远镜它由物镜、阿贝目镜、分划板三部分组成。

分划板上刻有双十字准线（“╪”），在分划板的右下方紧贴一块45°全反射小三棱镜，其表面涂不透明薄膜，薄膜上刻有一个空心十字透光窗口，反射棱镜另一光学面上涂有绿色，当小电珠光从管侧射入后成为绿色。

调节目镜前后位置，在望远镜视场中可见清晰的准线像。

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. 测定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（或发射面）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(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：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，则显示分辨率越高。

这些整齐排列的小方格实际上就形成了反射光栅。

另一种物品就是光盘，它是我们常用的存储介质，从早期的CD、DVD等到现在的蓝光光盘，其存储密度越来越高。

它存储数据的方式是用极细的激光束，沿着近似同心圆环的螺旋形光轨，在光盘表面烧蚀出一个个的小坑，有坑的位置和无坑的位置分别对应0和1。

读取数据时，同样用激光束沿着光轨照射，有坑和无坑的位置反射光强不一样，这样就可以把数据读出来了。

我们可以看到，相邻的这些环状刻痕(光轨)实际上就形成了一个反射光栅(如虚线区域)，两条刻痕之间的间距就是光栅常数d。

（实验的示意图）三、实验装置一支绿色激光笔，一个手机（荣耀5X，分辨率为1920×1080），一个CD光盘（高中物理必修一粤教版配套光盘），一条长为1.5m的米尺，一些泡沫塑料、白墙（如图所示）四、实验过程：1.对于手机，激光笔垂直于墙面、手机平行于墙面放置，微调手机平面，使得反射光回到激光笔出光口，然后再让反射光稍稍上移，使得衍射光斑能投射到墙面上，这样就保证光在水。

利用光栅进行光的衍射实验光的衍射是光学中一种重要的现象，其通过光的波动性解释了光的传播特性。

光栅是一种常用的实验装置，用于观察和研究光的衍射。

本文将介绍光栅的原理和使用方法，并探讨光栅在光的衍射实验中的应用。

一、光栅的原理光栅是由一系列等距的透明或不透明条纹组成的平面结构。

这些条纹称为光栅线，其间隔被称为光栅常数。

光栅常数决定了光的衍射效果。

光栅的衍射原理可以使用惠更斯-菲涅尔原理来解释。

当光线通过光栅时，每个光栅线都会作为一个次级光源，发出球面波。

这些球面波在空间中相互干涉，形成衍射图样。

二、光栅的使用方法1. 实验装置准备进行光栅的光的衍射实验，首先需要准备一些实验装置。

这些装置包括：光源、准直器、光栅、投影屏和测量仪器等。

2. 光源选择光源是进行光的衍射实验的重要组成部分。

常见的光源有白炽灯、气体放电灯、激光等。

不同的光源有着不同的特性和使用范围，实验中需根据实际需要进行选择。

3. 光栅的安装和调整将光栅放置在光源和投影屏之间适当的位置，并使用准直器对光栅上的光线进行调整，以保证光线垂直照射到光栅上。

4. 观察和测量当光通过光栅后，在投影屏上会出现一系列明暗相间的衍射条纹。

可以使用测量仪器，如尺子或显微镜，对衍射条纹进行测量和观察，以获得更加精确的实验结果。

三、光栅在光的衍射实验中的应用1. 衍射光栅的使用衍射光栅是一种特殊的光栅，其光栅常数非常小，可以产生非常明显的衍射效果。

衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光学测量仪器等领域。

2. 衍射光栅的测量光栅的衍射效果可以用于测量光的波长和波数。

通过测量衍射角度和光栅常数，可以根据衍射公式计算出光的波长和波数，进而用于光学研究和应用。

3. 衍射光栅的光学成像利用衍射光栅的特性，还可以实现光学成像。

通过选择合适的光栅常数和调整实验装置，可以实现对物体的光学成像，从而实现无透镜成像或者高分辨率成像等应用。

结论光栅是进行光的衍射实验的重要工具。

通过合理的实验装置和使用方法，可以观察到光栅产生的衍射图样，从而探索光的波动性质。

一、 实验名称：光栅衍射实验核51粟鹏文二、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。

三、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：()sin sin d i m ϕλ±=（1）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，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：sin m d m ϕλ=（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2.9.2 汞的衍射光谱光栅衍射一、实验目的1．了解分光计的工作原理，掌握其调整方法。

2．学会使用分光计和光栅测定光谱的波长。

二、实验原理光栅分为透射光栅和反射光栅，本实验使用透射光栅，如图2.9.1所示。

图2.9.1 透射光栅光路示意图若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明纹的条件是衍射角φ必须满足下列关系λφk b a k =+sin )(, ,2,1,0±±=k 式中b a +称为光栅常数，b a + =N1，N 为每毫米上狭缝数目，λ为入射光波长，k 为谱线级数，φk 为k 级谱线对应的衍射角。

若已知N ，并测出衍射角φk ，即可求得波长λ。

若入射光为几种不同波长的光，则由光栅方程可知，除中央明纹相互重叠外，其它每一 级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。

本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，如图2.9.2，其中有紫、绿、黄1、黄2四条强线，另一紫是中强线，兰是弱线。

三、实验仪器 1、分光计分光计主要由平行光管、阿贝式自准直望远镜、平台(即载物台)、刻度盘和游标盘四部分组成图2.9.3望远镜及平台图2.9.4平行光管图2.9.7 望远镜调整图2.9.5 阿贝式自准直望远镜分光计的调整方法：（1）粗调。

用肉眼观察，调节平台、望远镜筒、平行光管都初步达到水平状态，为进一步的细调打下基础。

（2）用自准法调望远镜对平行光聚焦。

将双反平面镜放在平台上并与望远镜光轴目测垂直，为了便于调节，放置平面镜时应使平面镜与平台下的3个调节螺钉中的两个平行，如图2.9.7所示，调节平面镜的俯仰只需调A 螺钉。

点亮目镜下的小灯，然后转动目镜，先看清分划板上的叉丝，再伸缩目镜筒使十字窗的像十分清晰，并用视差法检查(上下或左右移动眼睛，像与十字线无相对位移)，使十字窗与其反射像之间无视差。

由自准直的原理可知，望远镜已经调焦至无限远了或称望远镜能接收平行光，以后目镜不要再调。

（3）调望远镜光轴与分光计中心轴相互垂直。