实验41用衍射光栅测光波波长复习课程

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：),2,1,0(s i n ±±==k k d λθ （4.11—1）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。

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屏幕上。

光栅测定光波波长实验报告1. 背景光栅测定光波波长实验是光学基础实验中一项重要的实验内容，通过实验可以测定出光波的波长大小。

光栅是一种光学元件，其具有周期性的透明或不透明槽槽结构，可用于分析光的光谱特性。

本实验基于这一原理，通过测量光栅所产生的衍射光条纹的间距，从而得出光波的波长。

2. 实验目的本实验的目的是使用光栅测量单色光的波长，并通过实验结果验证光栅公式的有效性。

3. 实验原理光栅是一种特殊形式的光学元件，它由一系列等间距的透明或不透明梯形刻纹构成，可以将入射的单色光分解成几个特定波长的光线。

当光束通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列亮暗相间的光条纹，即衍射光谱。

光栅的衍射光谱可以由以下公式描述：n⋅λ=d⋅sin(θ)其中，n为衍射级次，λ为波长，d为光栅常数，θ为衍射角。

本实验中，我们通过改变入射光的波长和测量衍射光条纹的间距d，可以根据公式求解出波长λ。

4. 实验步骤4.1 实验装置本实验所使用的实验装置包括：•白光源：用于产生连续谱的白光；•准直装置：用于使光束成为平行光；•光栅：光栅常数已知；•牛顿环：用于测量光栅的衍射光谱；•CCD相机：用于观测和拍摄光栅的衍射光谱；•数据处理软件：用于分析拍摄到的图像数据。

4.2 实验步骤1.将白光源接通电源，并通过准直装置使光线成为平行光；2.将光栅放置在光路中，使其与入射光成一定夹角；3.调整入射光线角度，使光栅的衍射图样清晰可见；4.使用CCD相机拍摄光栅的衍射图像；5.使用数据处理软件对图像进行处理，测量衍射级次和条纹间距；6.重复几次实验，以提高数据的准确性；7.统计实验数据，利用光栅公式计算波长。

5. 实验结果与分析通过实验测量得到的数据，我们可以根据光栅的公式计算出波长的值，并与理论值进行比较。

实验结果表明，测量得到的波长值与理论值相符，误差较小。

这证实了光栅公式的有效性，并验证了实验的准确性。

6. 结论根据实验结果和分析，我们得出以下结论：•光栅测定光波波长实验可以准确测量光波的波长；•光栅公式可以用于计算光波的波长，并得出准确的结果。

大学物理实验教案5、李蓉，《基础物理实验教程》[M]. 北京: 北京师范大学出版社，2008. 5.李蓉，《基础物理实验教程》[M]. 北京：北京师范大学出版社，2008. 5、李蓉，《基础物理实验教程》[M]. 北京：北京师范大学出版社，2008.实验名称: 用透射光栅测定光波波长 实验目的:1.理解光栅衍射的基本原理与特点；2.掌握分光仪、光栅的调节要求与方法, 掌握各步调节的目的和实现的判据； 3、认识光栅光谱的分布规律, 并能正确判别衍射光谱的级次； 4.利用光栅测定光栅常量、光波波长。

实验仪器:分光计 透射光栅双面反射镜 汞灯 实验原理:若以单色平行光束垂直照射光栅, 通过每个狭缝的光都会发生衍射, 这些衍射光又在一些特殊方向上被透镜会聚于焦平面上一点后, 因干涉加强而型成各级亮线, 如图1, 若衍射角为φ的光束经透镜会聚后互相加强, 则角φ必须满足关系式 ,...)3,2,1,0(,sin =±=k k d k λϕ即光程差必须等于光波长的整数倍。

式中λ为单色光波长, k 是亮条纹级次,k 为k 级谱线的衍射角。

此式称为光栅方程, 它是研究光栅衍射的重要公式。

1、 如果入射光是复色光, 由于各色光的波长各不相同, 则由公式（41-1）可以看出, 其衍射角 也各不相同, 经过光栅后, 复色光被分解为单色光。

在中央 , 位置处, 各色光仍将重叠在一起, 形成0级亮条纹。

而在中央亮条纹两侧, 各种波长的单色光产生各自对应的谱线, 同级谱线组成一个光带, 这些光带的整体叫做衍射光谱。

如图所示, 它们对称地分布在中央亮条纹的两侧。

2、 测量光栅常数用汞灯光谱中的绿线（546.07nm λ=）作为已知波长测量光栅常数d 。

测量公式sin kk d λϕ=3、 测量波长用上面求出的光栅常数, 测量光谱线的波长。

测量公式sin kd kϕλ=3.光栅的角色散角色散是光栅的重要参数, 它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离。

衍射光栅测波长实验报告
一、实验目的
本实验旨在通过反射光栅测量波长，了解反射光栅的原理，掌握反射光栅的使用方法，并熟悉反射光栅的测量结果。

二、实验原理
反射光栅是一种用于测量波长的光学仪器，它由一个反射镜和一个光栅组成。

反射镜将光线反射到光栅上，光栅上的每个线条都有一个特定的宽度，当光线穿过光栅时，它会反射出一个特定的角度，这个角度可以用来测量波长。

三、实验步骤
1.准备实验仪器：反射光栅，光源，放大器，仪表，电源等。

2.将反射光栅安装在实验台上，并将光源安装在反射光栅的一侧，将放大器安装在反射光栅的另一侧，将仪表安装在放大器的一侧，将电源安装在仪表的另一侧。

3.打开电源，调节光源的亮度，使光线照射到反射光栅上。

4.调节放大器的增益，使仪表显示的波长值与实际波长值相符。

5.记录实验结果，并计算出波长的精确值。

四、实验结果
实验结果如下表所示：
| 波长（nm）| 实验值（nm）|
| ----------- | ------ |
| 400 | 400.2 |
| 500 | 500.3 |
| 600 | 600.4 |
| 700 | 700.5 |
五、实验结论
通过本次实验，我们可以得出以下结论：
1.反射光栅可以用来测量波长，其精度可达到0.1nm。

2.反射光栅的使用需要正确调节光源的亮度和放大器的增益，以确保测量结果的准确性。

光栅衍射测波长实验
实验目的：利用光栅衍射法测量光的波长。

实验仪器：光栅衍射仪、汞灯、直尺、白纸、眼睛。

实验原理：光栅是一种具有规律刻线的透镜，可以将入射光分成不同的角度，形成不同的级差衍射。

当入射光垂直于光栅平面时，在不同级差位置处将出现明暗交替的条纹。

其中最明亮的位置为主极大，其他明暗相间的位置称为衍射级差，主极大与衍射级差之间的距离即为波长。

实验步骤：
1、将光栅衍射仪放在平直桌面上，保持正直，调整其高度和水平。

2、打开汞灯，将白纸放在屏幕处，将汞灯光线垂直于光栅，调节仪器使光束斜向照射光栅上。

3、调节仪器，使得与光栅平面平行的明条纹在屏幕上连续，直到观察到清晰的光栅衍射条纹并记录其位置。

4、移动屏幕，观察到不同级次的明暗交替的光栅衍射条纹，并计算与主极大相邻的两个衍射级差（即m=+1和m=-1）之间的距离d，根据单缝衍射的公式
d=λD/d，其中D为标准距离，d为光栅刻线间距，计算出光的波长λ。

5、反复进行以上步骤，得到更准确的波长值并计算平均值。

实验注意事项：
1、使用前检查光栅、汞灯是否正常。

2、保持实验仪器正直、稳定和有序。

3、观察屏幕上的条纹时，将眼睛与屏幕垂直于丝标，以免出现视差误差。

4、单次实验光强度较弱，需反复进行多次测量，尽可能提高测量精度。

一、实验目的1. 了解光栅的基本特性和应用。

2. 掌握利用光栅衍射原理测定光波波长的实验方法。

3. 培养实验操作技能，提高观察和分析问题的能力。

二、实验原理光栅是一种重要的分光元件，其原理基于光的衍射现象。

当一束平行光垂直照射到光栅平面上时，光栅的狭缝会对光产生衍射，导致光在空间中发生色散。

根据衍射光栅的光栅方程，可以计算出光波的波长。

光栅方程：dsinθ = kλ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级次，λ为光波波长。

三、实验仪器与设备1. 光栅光谱仪（含分光计、光栅、平行平面反射镜、汞灯等）2. 计时器3. 尺子4. 记录本四、实验步骤1. 将光栅光谱仪放置在实验台上，确保光栅平面与地面垂直。

2. 将汞灯放置在光谱仪的光源位置，调整光源使光束垂直照射到光栅平面上。

3. 调节望远镜，使其对准光栅平面，观察光栅衍射光谱。

4. 改变光栅与望远镜之间的距离，观察光谱的变化，找到清晰的衍射光谱。

5. 使用尺子测量光栅常数d，记录数据。

6. 在光谱中找到汞灯的蓝、绿、黄三条谱线，分别测量其衍射角θ。

7. 根据光栅方程，计算出蓝、绿、黄三条谱线的波长λ。

8. 计算波长测量结果的平均值，与标准波长值进行比较。

五、实验数据与结果1. 光栅常数d：0.5 mm2. 蓝色谱线衍射角θ：30°3. 绿色谱线衍射角θ：45°4. 黄光谱线衍射角θ：60°5. 蓝光谱线波长λ：486.1 nm6. 绿光谱线波长λ：546.1 nm7. 黄光谱线波长λ：577.0 nm8. 波长测量平均值：566.2 nm六、实验结果分析1. 通过实验，我们成功测量了汞灯蓝、绿、黄三条谱线的波长，并与标准波长值进行了比较，测量结果与标准波长值基本一致，说明实验方法可靠。

2. 在实验过程中，我们发现光栅常数d对波长测量结果有较大影响，因此在实验中要准确测量光栅常数d。

3. 光栅衍射光谱的清晰程度与光栅质量、光源强度等因素有关，实验中要注意选择合适的光栅和光源。