光栅特性研究实验报告

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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

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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:

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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

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2.黄润生等,近代物理实验第二版,南京大学出版社
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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

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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:
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