1、物 理 实 验衍射光栅验证光栅方程实训楼2209室，67791039Email:网站:上海工程技术大学上海工程技术大学第第1页页实验目 1.了解光栅衍射原理与特点。2.了解掌握分光仪及光栅调整要求和方法。3.认识光栅光谱分布规律，能正确判别 衍射光谱级次。4.能正确测量衍射角，并能验证光栅方程。第第2页页试验仪器试验仪器衍射光栅、分光仪、平面镜、汞灯 第第3页页试验原理试验原理是一个很有用光谱分析元件，是一个很有用光谱分析元件，光栅有不一样种类，如透射光栅、平面反光栅有不一样种类，如透射光栅、平面反射光栅、凹光栅及全息光栅等。射光栅、凹光栅及全息光栅等。衍射光栅衍射光栅(grating)是由大
2、量是由大量等宽度等宽度、等距离等距离 平行狭缝平行狭缝组成组成光学元件。光学元件。最经典最经典透射透射光栅光栅，是在玻璃片上刻划出一是在玻璃片上刻划出一系列平行等距划痕，刻系列平行等距划痕，刻过地方不透光，未刻地过地方不透光，未刻地方透光。方透光。透射式透射式反射式反射式第第4页页 光盘凹槽形成一个反射光栅，在白光下能观察光盘凹槽形成一个反射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。到入射光被分离成彩色光谱。蝴蝶身上层叠细微鳞片、鸟羽细密羽管都形成蝴蝶身上层叠细微鳞片、鸟羽细密羽管都形成了天然反射光栅。了天然反射光栅。生活中常见光栅衍射现象生活中常见光栅衍射现象第第5页页光栅常数光栅常数:
3、（数量级为（数量级为 10-5 10-6 m）光栅常数与光栅单位长度光栅常数与光栅单位长度刻痕数刻痕数 N 关系：关系：光栅常数光栅常数比如，玻璃片上比如，玻璃片上cm宽刻有宽刻有3000条刻痕，光栅常数为：条刻痕，光栅常数为：第第6页页出现亮纹条件出现亮纹条件K=0，1 ,2 ,3,.任意任意相邻两束光光程相邻两束光光程差为差为(a+b)sin ，假如，假如 满足：满足：(a+b)sin abPO 平行光垂直入射到光栅，平行光垂直入射到光栅，产生衍射现象。产生衍射现象。则在该衍射角方向形成亮纹则在该衍射角方向形成亮纹光栅方程光栅方程第第7页页K=0，则则 =0，全部波长都能满足光栅方程，在该
4、，全部波长都能满足光栅方程，在该衍射角方向出现光源含有全部颜色光亮条纹，衍射角方向出现光源含有全部颜色光亮条纹，中央中央零级条纹，此处无分光作用零级条纹，此处无分光作用K一定，且不为零，波长一定，且不为零，波长不一样，则衍射角不一样，则衍射角 不一不一样，即不一样颜色光在不一样位置出现亮条纹，即样，即不一样颜色光在不一样位置出现亮条纹，即光栅能够起分光作用，光栅能够起分光作用，K级亮条纹级亮条纹第第8页页复色光复色光（白光）（白光）不一样波长单色光分离开不一样波长单色光分离开不一样波长单色光分离开不一样波长单色光分离开第第9页页本试验测量内容本试验测量内容1.1.利用分光仪测量出汞灯利用分光仪
5、测量出汞灯零级光谱角位置零级光谱角位置2.2.利用分光仪测量出汞灯利用分光仪测量出汞灯K=K=1,2,1,2,3 3级光级光 谱中绿光（谱中绿光（=0.54607=0.54607 m m）角位置）角位置3.3.计算出汞灯计算出汞灯K=K=1,2,1,2,3 3级级光谱中绿光光谱中绿光 衍射角衍射角 大小大小4.4.令令 sinsin 为为 y y，K K 为为 x x，作最小二乘法拟，作最小二乘法拟 合处理，验证光栅方程合处理，验证光栅方程第第10页页分光仪调整到达：到达：望远镜望远镜能接收平行能接收平行光，光，平行光管平行光管能出射平能出射平行光，行光，而且都与分光仪主而且都与分光仪主轴严格
6、垂直。轴严格垂直。望远镜聚焦望远镜聚焦于无穷远处于无穷远处相互相互垂直垂直平行平行光管光管第第11页页光栅调整acb光栅光栅光光 栅放置栅放置二者二者正交正交光光 栅栅第第12页页测量零级光谱（白光）角位置测量零级光谱（白光）角位置A A窗读数窗读数B B窗读数窗读数第第13页页A A窗读数窗读数B B窗读数窗读数测量测量K=K=1,2,1,2,3 3级光谱中绿光角位置级光谱中绿光角位置第第14页页所以读数为所以读数为读数示例读数示例第第15页页仪器条件统计仪器条件统计仪器仪器型号型号分度值分度值读数误差读数误差分光仪分光仪JJYJJY111111第第16页页令令 sinsin 为为 y y，K K 为为 x x，作最小二乘法，作最小二乘法拟合处理拟合处理上机拟合数据统计：上机拟合数据统计：相关系数相关系数 r r截距截距 a a，a aA A类不确定度分量类不确定度分量 UaUa斜率斜率 b b，b b不确定度不确定度 UbUb第第17页页 谢谢 谢！谢！第第18页页
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