分光计补充讲义：光栅常数及光波波长测量

《分光计补充讲义：光栅常数及光波波长测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光栅常数及光波波长测量[实验目的]1）学习测量光栅常数；2）学习用光栅测光波波长；3）熟练掌握分光计的调节和使用。[实验仪器]分光计、透射光栅、平面镜、低压汞灯[实验原理]光栅和棱镜一样，是重要的分光元件，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，本实验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。根据夫琅禾费衍射理论，当一束平行光垂直地透射到光栅平面上时，光通过每条狭缝都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。凡衍射角符合下列条件dsi

2、nk,k0,1,2(1)在该衍射角方向上的光强会加强，其他方向几乎完全抵消。式（1）称为光栅方程，式中是衍射角，是光波波长，k是光谱的级数，d是缝距，即相邻两狭缝上对应点之间的距离，称为光栅常数。它的倒数1/d叫做光栅的空间频率。当入射平行光不与光栅表面垂直时，光栅方程式应写成d(sinsin)ik,k0,1,2(2)式中i为入射光栅与光栅法线的夹角。所以在利用式（1）时一定要保证平行光垂直入射，否则必须利用式（2）。如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的后焦面上将出现一系列

3、的亮点，焦面上的各级亮点在垂直光栅刻线的方向上展开。当一束光通过平行光管产生的平行光垂直入射于光栅时，在透镜的后焦面上将出现一系列的亮线，称为谱线。在=0的方向上可以观察到中央极强，称为零级的“谱线”。其他1，2，级的谱线对称地分布在零级“谱线”的两侧，如图1所示。1图1光栅衍射原理如果光源中包含几种不同的波长的光，对不同的波长的光，同一级谱线将有不同衍射角。因此在透镜的焦平面上出现按波长次序及谱线级次，自第0级开始左右两侧由短波长向长波排列的各种颜色的谱线，称为光栅衍射光谱。图2是水银灯的部分光栅衍射光谱示意图。图2

4、低压汞灯部分光谱线用分光计测出各条谱线的衍射角。若已知光波波长，由式（1）可以得到光栅常数d；若已知光栅常数d，由式（1）可以得到待测光波波长。[实验内容]1.仪器调节本实验在分光计上进行。要使实验满足式（1）成立的条件，入射光应该是垂直入射的平行光，衍射后要用聚焦于无穷远的望远镜观察和测量。为了保证测量准确，衍射谱线的等高面应该与分光计转轴垂直。所以，对分光计的调节要求是：1）平行光管产生平行光；2）望远镜聚焦于无穷远（既能接收平行光）；3）使平行光管和望远镜的光轴都垂直仪器的转轴；4）光栅平面与平行光管光轴垂直；5）光栅的刻

5、痕与仪器转轴平行。上述1）至3）部分的调节同《测量三棱镜折射率》实验内容。4）、5）部分的调节如下：4）调节光栅平面（即刻痕所在平面）与平行光管光轴垂直。调节方法是：先用低压汞灯把平行光管的狭缝照亮，使望远镜目镜中分划板中心垂直线对准狭缝像。然后固定望远镜。把光栅放置在载物台上（如图3），根据目测使光栅平面垂直平分bb连线，而b应在光栅平面内，并使光栅平123面大致垂直于望远镜。再用自准直法调节光栅平面，直到从光栅平面反射镜反射回来的亮“+”字像与分划板MN线重合。此时光栅平面与望远镜光轴垂直。在调节平行光管狭缝像与“+”字像重合，

6、2使光栅平面与平行光管光轴垂直，在望远镜中看到如图4所示后立刻固定游标盘。（只需对光栅的一面进行以上调节，不再把光栅转180°进行调节。）图3载物台上光栅的方法图4望远镜目镜中的图样本实验所用的光栅为一光栅薄膜敷于玻璃基质一侧，是否需要判断光栅面？如何判断光栅面？上述调节时，视野中有否出现两个亮“+”字像？原因何在，你如何处理？请在实验报告中回答。5）调节光栅使其刻痕与仪器转轴平行：目的是使各条衍射谱线的等高面垂直分光计转轴，以便从刻度圆盘上正确读出各条谱线的衍射角。调节方法是：松开望远镜的紧固螺丝，转动望远镜，找到光栅的一级和二级

7、衍射谱线，1，2，级谱线分别位于0级的两侧，调节各条谱线中点与分划板圆心重合，即使两边光谱等高。调好后，再返回来检查光栅平面是否仍保持与平行光管光轴垂直，若有改变，则要反复调节，直到以上两个条件均能满足。注意：光路调好后，游标圆盘应固定，小心不要再碰动光栅。2.测定光栅常数以低压汞灯为光源，整体移动分光计，对准光源，使低压汞灯大体位于平行光管的光轴上。测出k1级，波长为546.07nm绿光的衍射角和。代入式（1）中求d。计算该光栅常数及不11确定度（Δ仪=1′）。3.测定未知光波波长用上述同样方法，在k1级

8、时，分别测出低压汞灯的紫线、两条黄线的衍射角，分别代入式（1），即可算出它们的波长及不确定度（Δ仪=1′）。在上述2、3中，各测量量的测量次数和方案同学自定。有无必要多次测量，说明为什么？[思考题]1）使用公式（1）应保证什么条件？实