汕头大学：物理系实验教学中心（PPT讲稿）实验十五 光波波长的测量及光栅特性的研究

光波波长测量及光栅特性研究

光波波长测量及光栅特性研究

实验简介衍射光栅是一种重要的光学元件，它是光谱仪的核心，广泛地应用在物理、化学、材料、天文等基础学科和生产技术的许多部门。光栅的主要应用在于精确地测量光的波长，对原子光谱来说，光栅衍射现象可以测量原子特征发射谱线，从而对物质的种类和含量做出判断

实验简介 衍射光栅是一种重要的光学元件，它是光谱仪 的核心，广泛地应用在物理、化学、材料、天 文等基础学科和生产技术的许多部门。 光栅的主要应用在于精确地测量光的波长，对 原子光谱来说，光栅衍射现象可以测量原子特 征发射谱线，从而对物质的种类和含量做出判 断

实验目的×观察光通过光栅的衍射现象；进一步熟悉分光计的使用和调整方法：用透射光栅测量汞灯在可见光范围内光谱的波长实验仪器×分光计、汞灯、半透半反平面镜、透射光栅

实验目的  观察光通过光栅的衍射现象；  进一步熟悉分光计的使用和调整方法；  用透射光栅测量汞灯在可见光范围内光谱的波 长 实验仪器  分光计、汞灯、半透半反平面镜、透射光栅

实验原理1、光栅特性透射光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件。当一束平行光垂直照射到光栅表面时，光栅上N个缝大量的缝会产生多缝干涉，而单根的缝会产生夫琅和费衍射。a是透光（或反光）部分的宽度d-a+bb是不透光（或不反光）部分的宽度一光栅常数

实验原理 1、光栅特性 透射光栅是由大量等宽 等间距的平行狭缝构成 的光学元件。 当一束平行光垂直照射 到光栅表面时，光栅上 大量的缝会产生多缝干 涉，而单根的缝会产生 夫琅和费衍射。 a a是透光（或反光）部分的宽度 d=a+b b 是不透光(或不反光)部分的宽度 ⎯ 光栅常数

实验原理光栅衍射图样的形成单缝衍射单缝的夫琅和费衍射图样与在垂入a直于透镜工的光轴方向上的狭缝位置无关。衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。2a即单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化

实验原理 光栅衍射图样的形成 单缝的夫琅和费衍射图样与在垂 直于透镜 L的光轴方向上的狭缝 位置无关。 衍射角相同的光线，会聚在接 收屏的相同位置上。  a O O 即单缝的夫琅和费衍射图样，不  a 随缝的上下移动而变化。 单缝衍射

实验原理多缝干涉P若千平行的单狭缝所分割的EF波面具有相同的面积。各狭O缝上的子波波源一一对应，a不且满足相干条件。R相邻狭缝对应点在衍射角方向上的光程差满足d sin 0=±kak = 0,1,2,则它们相千加强，形成明条纹

实验原理 多缝干涉 若干平行的单狭缝所分割的 波面具有相同的面积。各狭 缝上的子波波源一一对应， 且满足相干条件。 相邻狭缝对应点在衍射角  方 向上的光程差满足： A a b  P O  f E F G 则它们相干加强，形成明条纹。 d sin = k k = 0，1，2，

实验原理光栅的衍射图样不考虑衍射时，多缝干涉的光强分布图：isin Nβ/sinβ多光束干涉光强曲线N28 sing(a/d)-82设光栅的每个缝宽均为a，在夫琅禾费衍射下，每个缝的衍射图样位置是相重叠的

实验原理 光栅的衍射图样 设光栅的每个缝宽均为a，在夫琅禾费衍射下，每 个缝的衍射图样位置是相重叠的。 不考虑衍射时, 多缝干涉的光强分布图： sin N2 0 -8 -4 4 8 (/d) 多光束干涉光强曲线   2 2 sin N /sin

实验原理透镜衍射光相千叠加a中央主极大最强该级主极大强度较中央主极大弱衍射的影响：多缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而是受到了衍射的调制。主极大的位置没有变化。因此，光栅衍射图样是多缝干涉光强分布受单缝衍射光强分布调制的结果

实验原理 λ θ a d f 透镜 I θ θ 衍射光相干叠加 衍射的影响： 多缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而 是受到了衍射的调制。主极大的位置没有变化。 因此，光栅衍射图样是多缝干涉光强分布受单 缝衍射光强分布调制的结果。 中央主极大最强 该级主极大强度较中 央主极大弱

实验原理N=4.sinNβ/sinβ多光束干涉光强曲线d = 4aN28 sine(a/d)-8N21o单光栅衍射单缝衍射光强曲线轮廓线

实验原理 I N2 I0单 -8 -4 0 4 8 sin(/d) 单缝衍射 轮廓线 光栅衍射 光强曲线 sin N2 -8 -4 0 4 8 (/d) 4 多光束干涉光强曲线 4 , d a N = =   2 2 sin N /sin

实验原理光栅光谱单缝衍射SlitDiffractiongratingB.Passing white light through a single slitproduces this diffraction pattern.lstorderCentralimageIstorder2nd orderRed lightpassedthroughthe same slitproduces this pattern.C.Mercury light through a diffraction grating

实验原理 单缝衍射 光栅光谱