杭州电子科技大学：《大学物理》课程实验指导（基础物理）实验41 光栅特性的研究

实验41光栅特性的研究（设计） 实验目的 1.学习如何选择实验方法测定光学元件特性参数 2.学习如何通过实验加深对理论规律的理解。 实验要求 1.选择一定的方法和仪器，测出所给衍射光栅的一些主要特性参数：光栅常数d,角色散率平和 分辨本领R 2·利用所给光栅测量钠光灯的钠双线波长或汞灯谱线的各个波长，要求测量结果的精确度E入≤ 01%。 3在给定的光栅和波长（汞灯）的条件下从理论上算出，能观察到的光栅最高衍射级数，并用 实验加以检验。 4观察分辨本领R与光栅狭缝数目N的关系.挡住光橱的一部分，减少狭缝数目N,观察钠 光灯的钠双线随N的减少而发生的变化。 实验原理（提示） 根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，将发生衍射。衍射光谱中 亮条纹的位置由衍射方程dn中-k1k-0,士1，士2.)决定。其中缝间距d称为光栅常数， 中为衍射角，为衍射光谱线的级数，入为入射单色光的波长。关于光栅的儿个特性参数说 明如下： L.光栅常数d:d=a+b，a为光栅任一狭缝的宽度，b为相邻狭缝间不透光部分的宽度。 2角色散率”：dw= ,定义为单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距。由i中 d -8.,可得y-dco50 3分辨本领R:R= ,定义为两条刚可被分辨开的谱线的波长差除以它们的平均波长。 根据瑞利条件，两条刚可被分辨开的谱线被定义为：波长相差入4的两条相邻谱线，其中一条谱线 的最亮处应落在另一条谱线的最暗处。可以证明，对于宽度一定的光栅，尸的理论极限值为 R=kN =k ,而实测值将小于KN。式中K为光谱级数，N为光栅参与衍射的狭缝数目 L为入射光束照亮的光栅宽度，d为光栅常数： 实验仪器 不同光栅常数的全息光栅，分光计，光源（钠光灯或汞灯，激光） 思考题 预习思考题 1.同一光栅对不同波长的光，其最高衍射级数是香相同？ 2.用分光计测光栅常数时，若光源距分光计较远(0.5米以上)，会有什么影响？ 分析讨论题 1说明为什么实测的分辨本领R数值小于理论极限值？

1 实验 41 光栅特性的研究（设计） 实验目的 1. 学习如何选择实验方法测定光学元件特性参数。 2 . 学习如何通过实验加深对理论规律的理解 。 实验要求 1 ．选择一定的方法和仪器，测出所给衍射光栅的一些主要特性参数；光栅常数 d ，角色散率Ψ 和 分辨本领 R 。 2 ．利用所给光栅测量钠光灯的钠双线波长或汞灯谱线的各个波长，要求测量结果的精确度 E  ≤ 0.1 ％。 3 ．在给定的光栅和波长 ( 汞灯 ) 的条件下从理论上算出，能观察到的光栅最高衍射级数，并用 实验加以检验 。 4 ．观察分辨本领 R 与光栅狭缝数目 N 的关系 . 挡住光栅的一部分，减少狭缝数目 N, 观察钠 光灯的钠双线随 N 的减少而发生的变化。 实验原理（提示） 根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，将发生衍射 。 衍射光谱中 亮条纹的位置由衍射方程 dsinφ= kλｋ=0,±1, ±2,. ）决定 。其中缝间距ｄ 称为光栅常数， φ 为衍射角， ｋ 为衍射光谱线的级数，  为入射单色光的波长 。关于光栅的几个特性参数说 明如下： 1. 光栅常数 ｄ ：ｄ=a+b ， a 为光栅任一狭缝的宽度， b 为相邻狭缝间不透光部分的宽度。 2. 角色散率 Ψ ：    d d d  ，定义为单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距 。 由 dsinφ =k ，可得 d k k   cos  。 3. 分辨本领 R ：   R  ，定义为两条刚可被分辨开的谱线的波长差除以它们的平均波长 。 根据瑞利条件，两条刚可被分辨开的谱线被定义为：波长相差  的两条相邻谱线，其中一条谱线 的最亮处应落在另一条谱线的最暗处 。 可以证明，对于宽度一定的光栅， Ｒ 的理论极限值为 d L R kN k m   ，而实测值将小于ＫN。 式中 Ｋ 为光谱级数， Ｎ 为光栅参与衍射的狭缝数目， L 为入射光束照亮的光栅宽度， d 为光栅常数 。 实验仪器 不同光栅常数的全息光栅，分光计，光源（钠光灯或汞灯，激光） 思考题 预习思考题 1.同一光栅对不同波长的光，其最高衍射级数是否相同？ 2.用分光计测光栅常数时，若光源距分光计较远（0.5 米以上），会有什么影响？ 分析讨论题 1.说明为什么实测的分辨本领 R 数值小于理论极限值？

2.分析比较光栅光谱和棱镜光谱的特点（可从谱线的排列次序、间距、角色散率和衍射级数等项目 进行讨论)。 注意事项 1.预习报告要写明实验方法及所需的仪器设备。 2.拟出实验具体程序，列出数据记录表格

2 2.分析比较光栅光谱和棱镜光谱的特点（可从谱线的排列次序、间距、角色散率和衍射级数等项目 进行讨论）。 注意事项 1. 预习报告要写明实验方法及 所需的仪器设备。 2. 拟出实验具体程序，列出数据记录表格