兰州交通大学：《大学物理实验》课程教学资源（PPT课件讲稿）衍射光栅

物理实验中心 衍射光栅

衍射光栅

基本原理 实验内容 ·实验仪器及元件 ·注意事项 ·实验常见问题及处理

▪ 基本原理 ▪ 实验内容 ▪ 实验仪器及元件 ▪ 注意事项 ▪ 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、 等简距的平行排列的狭缝。其结构如下图所示： 透光 不透光 d "光栅周期为d=a+b

▪ 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： ▪ 光栅周期为d=a+b

f 如上图，兰一束波长为入的平行光入射到光栅平画，透射光按衍射规 律向各个方问传播，经透镜L会聚后，崔透镜第二角平面上彩成组亮条纹。 各级亮条纹产生的条件是： d(sin i±sinO)=k (k=0,±1，+2) 上式称为光栅方程。式中d是光栅常数，日是衍射角，是入射角，k是衍射 级次，入为波长。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

▪ 如上图，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： d(sin i sin ) = k (k = 0,1,2) 上式称为光栅方程。式中d是光栅常数，θ是衍射角，i是入射角，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

需要补充： ()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。 (2)当平行光垂直入射时，0，光栅方程简化为 dsinθ=kλ k=0,±1，+2， 这时在0=0的方向上可以观察到中央谱线极强（称为零级谱线），其它级 次的谱线则对称地分布在零级谱线的两侧。 在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图

▪ 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。 ▪ (2)当平行光垂直入射时，i=0，光栅方程简化为 d sin  = k k = 0,1,2,  这时在θ=0的方向上可以观察到中央谱线极强（称为零级谱线），其它级 次的谱线则对称地分布在零级谱线的两侧。 在本实验中，所用的光源为汞灯，其衍射谱线如下图

二实验内容 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 调共估∩然士右两边的谱线等高。 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)

▪ 二.实验内容 ▪ 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。 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 透射光册 低压汞灯 实验16 行射光福种日夏 光波波长的国 分光计

三.实验仪器与元件 低压汞灯 透 射 光 栅 分光计

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

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 载物合的螺丝，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线几乎分不开，出现这种现象的原因有： 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 就只有从头并始调节了

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线几乎分不开，出现这种现象的原因有： ▪ 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