1、华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 衍 射 光 栅 华东理工大学物理实验中心 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 三棱镜光谱 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 实验目的 3 测定光栅常量和汞原子光谱部分特征波长 。 1. 观察光的衍射现象，加深对光栅衍射原理的理解 2进一步熟悉分光计的调节和使用 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 20
2、06年 12月 27日 实验原理 衍射光栅 : 光栅是具有空间周期性结构的用于分光的光学元件。 光栅分为透 射光栅 和 反射光栅 ，若从形状上可分为 平面光栅 和 凹面光栅 ，按制作方法又可分为原制光栅、复制光栅和全息光栅。平面透射光栅是由大量等宽、等距、排列紧密的平行狭缝构成。 光栅常数 : d=a+b 通常为 10-210-3mm 狭缝 宽度 不透光刻痕宽度 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 光栅方程： d C B D A P P0 光栅 透镜 kd k )s i n( s i n0 时，有： ,2,1,0s ink
3、kd k 入射光线和衍射光线在 同侧取 正 ，异侧取 负 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 光栅光谱 如果入射光中包含两个十分接近的波长 与 ，由于色散 ,它们各有一套窄而亮的主极大。 光栅的主极大满足光栅方程 kd k s in波长相差越大、级次越高 ,则分得越开。 如果是复色光入射，同级的 不同颜色的条纹按波长的顺 序排列， 称为 光栅光谱。 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 汞灯光谱分布 光栅 中央明条纹K=0 一级明条纹K= -1 绿 黄
4、黄 绿 一级明条纹K= 1 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 光盘的凹槽形成一个衍射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 光栅往往是大型光谱分析仪的核心元件（棱镜） 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 实验仪器调节 分光计的调整要求 粗调要求： 望远镜、平行光管共轴，且与主轴垂直 望远镜的调节要求 平行光管调节要求 望远镜与分光计中心
5、轴的调节要求 望远镜与平行光管等高共轴 望远镜聚焦于无穷远处 相互垂直 平行光 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 光 栅 实验仪器调节 B1 B2 B3 光栅 光 栅放置 两者正交 如何调整 ?如何判断 ? kd k s in华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 中央明条纹 -1级条纹 1级条纹 绿 光栅 绿 k平行光垂直光栅平面的判断 o11 1 绿 绿叉丝 绿 “十 ”反射像 中央明条纹 方法一 : 方法二 : 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department
6、 ECUST） 2006年 12月 27日 绿光 黄内 黄外 狭缝宽度的选择 实验要求 (2)求光栅常数 d 和黄光和紫光谱线的波长 (1)测汞光谱线的衍射角： 一级绿光 （测六次） 、 黄光、紫光、二级黄光 （测三次） 已知绿光谱线的波长 = 546.1nm ， 求光栅常数 求 紫光 .两条黄光谱线的 波长 并与公认值比较 . /1/11141 TTTTs ind2211s ins in T1: k=+1时 ,谱线方位 T-1: k=-1时 ,谱线方位 dudd 标标测 -E黄内 黄外 黄内 黄外 0 -1级 +1级 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUS
7、T） 2006年 12月 27日 数据处理提示 s ind 2s inc o s uud )(41 1111 TTTT 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 实验注意事项 1.光栅是易损的光学元件，使用时要小心，不能用 手触摸光栅面。 2. 汞灯在使用过程中不能频繁启闭；汞灯光线很强， 不要长时间直视。 华东理工大学理学院物理系（ Physics Department ECUST） 2006年 12月 27日 思考与分析 光栅方程 成立的条件是什么 ? 如何保证平行光垂直入射至光栅表面 ?如何减少由此引入的误差 ? 为什么要
8、测两倍衍射角 ? 光栅常数 d的标准误差 ud如何计算 ? 观察光栅光谱，注意与三棱镜产生的光谱相比有何区别？ 从左到右移动望远镜，在整个过程中能看到几组完整的汞灯光谱？最大 k为几？ kd k s in分光计的调节步骤与衍射角测量 1. 检查 : 平面镜的放置 ; 读数盘的固定 ; 绿色十字窗 亮。 2. 粗调 : 目镜位置 ; 望远镜和载物台的高低倾斜螺丝。 3.望远镜 聚焦 : 旋转目镜看清准线；前后移动目镜镜筒看清小十字像。 4.望远镜光轴与分光计中心轴垂直： 减半逐次逼近法 5.平行光管 聚焦 :前后移动狭缝位置 6.平行光管与望远镜等高共轴： 狭缝转 90 ， 调平行光管高低倾斜螺丝至像与准线（中）重合。 7.判断入射光垂直照射光栅平面： 8.测定衍射角 :一级绿光 （测六次）、 黄内外光、紫光 （测三次） 二级黄光 （测三次） o11 1 绿 绿黄内 黄外 黄内 黄外 0级 -1级 +1级
