实验 4-12 衍射光栅

实验4-12 衍射光栅 制作：林伟华

一.基本原理 二.实验内容三.实验仪器及元件四.注意事项五.实验常见问题及处理

一.基本原理 光栅是一种重要的分光元件，它不仅用于光谱学，还广泛用于计量、光通信、信息处理等方面。光栅按不同分类方法可分为透射型和反射型光栅或振幅型和位相型光栅，本实验使用的是透射型振幅光栅，它相当于一组数目极多的等宽、等间距的平行排列的狭缝。其结构如下图所示：光栅周期（常数）为d=a+b

如下图，当一束波长为λ的平行光入射到光栅平面，透射光按衍射规律向各个方向传播，经透镜L会聚后，在透镜第二角平面上形成一组亮条纹。各级亮条纹产生的条件是：如下图，当一束波长为λ的平行光入射到光栅平面，透射光按衍射规律向各个方向传播，经透镜L会聚后，在透镜第二角平面上形成一组亮条纹。各级亮条纹产生的条件是：上式称为光栅方程。式中d是光栅常数， i是入射角，θ是衍射角，k是衍射级次，λ为波长。括号中的正号表示入射光和衍射光在法线的同侧，而负号表示在发现两侧。

光栅常数一定 d 复色光或白光垂直入射时 1 1 3 2 0 2 3 复色光的光栅光谱 4 1 2 3 4 3 2 1 0 白光的光栅光谱 2 3 1 3 1 2 0 对同级谱线，长则大 l q 3 1 2 3 4 1 2 3 1 1 3 4 3 2 2 1 2 1 0 2 3 需要补充： (1)如果入射光不是单色光，则除k=0外，其余各级谱线将按波长的次序依次排开。

用分光计测量 级级级级级 2 1 2 1 0 光栅衍射各级谱线的衍射角 q 望远镜物镜光栅 l 波长 q 光源平行光透镜光栅常数狭缝 d - - (2)当平行光垂直入射时，i=0，光栅方程简化为:

２.光栅的基本特性 ２.光栅的基本特性栅光的栅光的角色散率分辨本领 l k q N k R D = = = = q l d l q cos k 在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图:

1.调节分光计至可以测量的状态。 2.将光栅放置在载物台上，调节使平行光管垂直于光栅平面，观察衍射谱线，调节使0级左右两边的谱线等高。二.实验内容 3.测量汞灯光谱线中的绿光（546.07nm）和两条黄线（挨得很紧）的-1级、0级和+1级的位置（测量3次）。

三.实验仪器与元件 透射光栅分光计高压汞灯

四.注意事项 1.分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。 2.光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。 3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。 4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。 5.在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。

五.实验常见问题及处理 1.实验中观察到的衍射条纹没有与叉丝竖线平行就开始测量，这是记录的数据显然是由误差的。调节载物台的螺丝，使衍射条纹与叉丝竖线平行在测量。 2.实验中所用的光栅能够将所要测量的黄1和黄2分开，然而在实验中有些实验者调出的衍射条纹中黄1和黄2线几乎分布开，出现这种显现的原因有： 1.）狭缝调得太宽，或平行光管发出的光并不是平行光，在望远镜的焦平面上聚焦不清晰。重新调节平行光管。 2.）望远镜的目镜没有调好，如果是这个原因那就只有从头开始调节了。

实验 4-12 衍 射 光 栅