cdr 光盘轨道密度的测定.doc

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1、评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：班级：姓名：学号：指导教师：茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：200年月日CD-R光盘轨道密度的测定一、实验目的：1、了解光栅的分光作用及原理、加深对光的干涉、衍射概念的理解。2、利用透射光栅测定光栅狭缝密度，即CD-R光盘轨道密度。3、掌握激光器、栅等仪器的调整和使用方法。4、进一步加强对数据处理能力。5、提高自主设计实验的能力。二、实验仪器：用CD-R光盘制作的平面透射光栅、米尺（1m/0.001m、30cm/0.1cm）、光源（激光器）、光屏用纸、升降台三个等。三、实验原理：光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在单色仪、摄

2、谱仪等光学仪器中。实际上，光栅就是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。应用透射光工作的称为透射光栅，应用反射光工作的称为反射光栅。本实验用的是平面透射光栅。CD-R光盘轨道密度的测定：CD-R光盘是在一块圆形纤维板上，用精密仪器刻划出一组很密的、等距的同心圆构成的。光射到每一刻痕便发生散射，刻痕起不透光的作用，光只能从刻痕间透明狭缝中通过。截取CD-R光盘一小部分，便可以把这部分看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝，即为一个光栅。光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果，光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，下面我们来分析下行光垂直射到光栅上的情况。如图5-1所示，PQ为光栅，光栅的缝

3、宽为，相邻狭缝间不透明部分的宽度，若以单色平行光束垂直入射于光栅PQ平面上，则经光栅衍射后的平行光束将在观察屏上形成间距不同的亮线衍射条纹，因为亮线衍射条纹实际上是光源狭缝的衍射象，是一条锐细的亮线，所以又称为光谱线。根据夫琅和费衍射理论，亮条纹所对应的衍射角（即衍射光与光栅平面法线之间的夹角）应满足下列条件：(k=0，1，2，3，……，n)（5-1）（5-1）式称为光栅方程，式中d=a+b（其中a为缝宽，b为相邻缝间不透光部分的宽度）为相邻狭缝之间的距离，称为光栅常数，为光波波长，k为光谱线的级次。当k＝０时，任何波长的光均满足（5-1）式，亦即在=0的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形

4、成明亮的零级光谱，又称中央明纹。对于的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（的值不同），而与的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零级光谱两侧。k=1为左右对称分布的一级条纹，k=2为左右对称分布的二级条纹，如此类推。若光栅常数已知，在实验中测定了某谱线的衍射角和对应的光谱级，则可由（5-1）式求出该谱线的波长；反之，如果波长是已知的，则可求出光栅常数。若在CD-R光盘光栅上每厘米宽刻有n条刻痕,则n与光栅常数d的关系为:n=1/d(条),即CD-R光盘轨道密度为：=n（条/cm），所以求出光栅常数后，就可求出CD-R光盘轨道密度了。注：在和a+b一定时，不同级次的条纹其衍射角不同

5、。如a+b很小，则光栅射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量。另外，和a+b一定时，则不同波长的光对应的衍射角不同。波长愈长，衍射角也愈大，有利于把不同波长的光分开，所以光栅是一种优良的分光元件。四、实验内容与步骤：　　1、用一张废旧的CD-R光盘利用拨膜遮盖的方法制作一个平面透射光栅。2、仪器调节：（1）检查仪器的正常性，调节升降台，使激光器水平放置，接通仪器电源，启动激光器，预热几分钟，待激光器发光稳定。（2）将光栅正确放于激光器与观察屏之间的升降台上，使光栅平面与观察屏平行，让激光束垂直通过光栅平面并在观察屏上成像。注意：三者之间的距离选择要适当，既不能太远，也不能太近，以免影响观察效果

6、。（3）这时，在观察屏上可看到衍射光的干涉条纹，最亮的就是零级条纹，在其两旁对称地分布着各级干涉条纹，一般可看清楚3级左右。3、测定各级干涉条纹的有关距离：（目的是：算出各级条纹的衍射角的正弦值：）（1）选择一个位置，把光栅放好，进行测量：1）测出光栅平面与中央明纹的距离y，记录好数据。2）用光屏纸标记各级亮纹的位置，测量出各级亮纹与中央明纹的距离x，记录好数据。（2）另外选择两个适当的位置，重复以上测量操作，并记录好数据。4、实验完毕后，关闭电源，并按原样摆放好仪器。五、实验数据表格：波长：=_______nm第一次Ksin0第二次Ksin0第三次Ksin0第四次Ksin0第五次Ksin0六

7、、数据处理：1、根据测量出的光栅平面与中央明纹的距离y和各级亮纹与中央明纹的距离x，利用：（5-2）可以求出各级条纹的衍射角的正弦值，把（5-2）式代入（5-1）式，变形后，得：（5-3）又因为亮纹等级的正负号只是人们为了便于区分其位置而规定的，在实际计算中，CD-R光盘轨道密度为不能为负值，所以，值应取绝对值进行算计，得：（5-4）利用（5-4）式，即可算出CD-R光盘轨道密度。第一次测量：第二