光波波长的测量及光栅特性的研究样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。实验 光波波长的测量及光栅特性的研究一、 目的: 1、 学习用分光计测量光栅常数; 2、 利用光栅测量未知光源光谱的波长。二、 原理: 衍射光栅是一种分光元件, 由于其基质材料不同而有透射光栅和反射光栅两类。它们都相当于一组数目很多, 排列紧密, 均匀的平行狭缝, 透射光栅是用金刚石在一块平面玻璃上刻划而成的。反射光栅则是刻划在精研过的硬质金属面上, 用这种方法刻制的光栅, 由于要求非常精密, 因而制造困难, 因此价格非常昂贵, 而平常所用的光栅大都是复制品。如今由于单色性好的激光的出现, 应用其干涉原理制成了全息光栅, 制造容易,
2、 价格便宜, 从而使光栅实验得以普及。本实验用的光栅是一块全息光栅。 根据夫琅和费衍射理论, 一束单色平行光垂直投射到光栅平面上, 被衍射后, 凡是衍射角适合条件: ( 1) 光会加强, 其它方向将抵消, 如图1所示。式中是衍射角, d 是缝距又常称为光栅常数( d = a + b , 其中a 是刻痕宽度, b为狭缝宽度) , k 为衍射光谱的级数, 是光的波长, 、 k、 分别表示波长为的光的第k 级衍射光谱的衍射角。 图1 图2 如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来, 则在透镜的焦平面上将出现明亮的条纹称为谱线。在= 0的方向上能够观察到中央极大, 称为零级谱线, 其它级数的谱线对称
3、地分布在零级谱线的两侧, 如图2所示。如果入射光源中包含有几种不同的波长, 则这束复色平行光经过光栅后形成的谱线将按级次序排列在该级谱线系列中, 对不同的波长有一一对应的、 k、 从而在不同的位置上形成不同的彩色谱线, 称为该入射光源的光谱。图3为汞灯光源经过光栅后所形成的光谱示意图。若光栅常数d为已知, 在实验中测定了某谱线的衍射角和对应的光谱级k, 则可由公式( 1) 求该谱线的波长; 反之, 如果波长是已知的, 则可求出光栅常数d。 衍射光栅的基本特性能够用它的”分辨本事”与”色散率”来表征。”分辨本事”R定义为: 两条刚能够被分开的谱线的波长差除该波长, 即: ( 2) 按照瑞利条件,
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