試驗(yàn)4自組裝光柵光譜儀及其校準(zhǔn)試驗(yàn)

1、專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：河尹乩洋實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期：地點(diǎn)： 玉泉教三209-2116課程名稱：2011-2012光信息綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師:實(shí)驗(yàn)名稱：自組裝光柵光譜儀及其校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄、數(shù)據(jù)處理分析六、思考題林遠(yuǎn)芳成績： 實(shí)驗(yàn)類型：綜合型三、主要儀器設(shè)備四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟七、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，心得體會(huì)，意見和建議一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、了解光柵的分光原理及主要特性；2、了解光柵光譜儀的工作原理；3、掌握利用光柵光譜儀進(jìn)行測量的實(shí)驗(yàn)方法；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理1。衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器件，它的記錄介質(zhì)多采用光致抗蝕劑，一般用激光器作光源，可產(chǎn)

2、生每毫米幾千條對(duì)的空間頻率的光柵，并且通過曝光和顯影，直接得到浮雕型的正弦透射光柵。相鄰刻線的 間距d稱為光柵常數(shù)，通?？叹€密度為每毫米數(shù)百至數(shù)十萬條，刻線方向與光譜儀狹縫平行。當(dāng)平行光入射 到一塊平面衍射光柵時(shí)，讓衍射光波經(jīng)過一透鏡，則在透鏡焦平面上得到光柵的夫瑯和弗衍射圖象，見圖 如果光源是平行于光柵刻痕的狹縫光源發(fā)出的準(zhǔn)單色光，則衍射花樣是一些分立的亮線（亮條紋）光柵衍射圖圖1(1)亮紋位置滿足如下條件一一光柵方程式d(sini 二 sinVm)=m ,m = 0,二 1,二 2式中，d為光柵常數(shù)，d=a+b,在可見光范圍內(nèi), d 一般在1/10001/500mm之間。二m為第m級(jí)亮紋對(duì)

3、應(yīng)的衍射角，入為入射光波長，i為入射平行光對(duì)光柵面的入射角，m為多縫干涉主極大級(jí)數(shù)。入射光處于光柵面法線同側(cè)的亮條紋時(shí)上式中取正號(hào)；異側(cè)時(shí)取負(fù)號(hào)。光柵上的每一條縫的單縫衍射在B方向上P點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)光振動(dòng)，N條縫在P點(diǎn)產(chǎn)生的N個(gè)光振動(dòng)的振幅相同，他們的相干疊加決定了P點(diǎn)的光強(qiáng)，光柵衍射是單縫衍射和多縫干涉的總效果。亮紋（主極大）中心位置滿足光柵方程中m= 0, （ 0= 0）時(shí)，dsin 4 0為中央明紋中心。其他亮紋（主極大）中心位置： 滿足多縫干涉的光柵方程：d sin% = m ,m 二 0,1,2（ 2不滿足單縫衍射暗紋條件：as in vm =二m ,m =1,2,3（ 3m 為單縫衍射

4、暗紋級(jí)數(shù)。（2、3）式要同時(shí)滿足，才會(huì)出現(xiàn)主極大暗條紋位置：r（2m+1）d sin 珀,m = 0,1,2(4)(5)2asin vm = m ,m = 1, 2,3（4、5）式只需滿足一個(gè)便是暗紋。1 .光柵的色散復(fù)色光入射時(shí)，除零級(jí)外各波長的衍射亮線分開，各色同級(jí)亮級(jí)分開的程度用光柵的色散來表示。定義:d v md v m= 夸角色散dk d cos日（弧度/埃）；當(dāng)日小時(shí)，d丸 d。dl d .f線色散d d （毫米/埃）。可見光柵的色散與光波長無關(guān)，它僅決定于光柵常數(shù)d和被考察亮線的級(jí)次 m,色散是作為分光元件的衍射光柵的重要特性參數(shù)。根據(jù)光柵方程，只要測得某光波第m級(jí)亮級(jí)的衍射角m

5、，并已知光柵常數(shù) d和入射角i，則可求得該光波波長。同時(shí)，如果測得各色光第m級(jí)亮線的衍射角0，則可算得各色光的波長差，求得第m級(jí)亮線的角色散。f為會(huì)聚透鏡的焦距。2 .光柵的色分辨本領(lǐng)光柵的色分辨本領(lǐng)用波長入附近能被分辨的最小波長差的比值來表示，即：& =mN4式中m是光譜級(jí)次，N是光柵的總刻痕數(shù)。3 .光柵的自由光譜范圍光柵光譜中，不發(fā)生越級(jí)的最大光譜范圍稱為光柵的自由光譜范圍，表示為:/ m可以看出，光柵的色分辨本領(lǐng)正比于刻痕數(shù)N和級(jí)次m,但自由光譜范圍反比干涉級(jí)次 m,所以光柵使用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要合理地選擇參數(shù)。三、主要儀器設(shè)備1、低壓汞燈及電源：發(fā)光波長404.7nm、435.8nm、54

6、6.1 nm、577.0nm、579.0nm；2、透鏡及固定調(diào)節(jié)架 2個(gè)：（焦距f=45mm，口徑38mm ;焦距f=190mm，口徑38mm）;3、狹縫及固定調(diào)節(jié)架 1個(gè)：02mm ;4、光柵及固定調(diào)節(jié)架 1個(gè)：光柵自制；5、USB接口攝像頭及固定調(diào)節(jié)架 1個(gè)；6、計(jì)算機(jī)及軟件；光柵光譜實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2所示，光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡A匯聚到狹縫上，狹縫放置在透鏡B的前焦面出來的平行光入射到光柵上，通過攝像頭自帶的透鏡成像到光電接收器。光源45mm透鏡狹縫190mm透鏡 光柵圖2光柵光譜實(shí)驗(yàn)裝置攝像頭四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1 啟動(dòng)汞燈。觀察光源發(fā)出連續(xù)的光，而不是時(shí)斷時(shí)續(xù)即可。2 利用現(xiàn)有平臺(tái)布置光

7、路，放置透鏡A （焦距=45mm）,使得光源發(fā)出的光匯聚到狹縫面上，同時(shí)要求狹縫位于光斑的中心位置。3調(diào)節(jié)狹縫寬度為1mm。狹縫寬度范圍02mm連續(xù)可調(diào)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為狹縫寬度加大，反之減小。每旋 轉(zhuǎn)一周狹縫寬度變化 0.5mm，最大調(diào)節(jié)寬度為 2mm。為延長使用壽命，狹縫寬度調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意最大不 要超過2mm。儀器測量完畢或平常不使用時(shí)，狹縫最好調(diào)節(jié)到0.1mm0.5mm左右。4調(diào)節(jié)透鏡B位置，使狹縫處于透鏡 B的前焦面上，經(jīng)透鏡 B后成為平行光。5 調(diào)節(jié)光柵（標(biāo)準(zhǔn)光柵的空間頻率為300/mm）的位置，觀察反射光使其與狹縫重合。（如6 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行計(jì)算機(jī)桌面上的攝像頭捕捉軟件或啟動(dòng)“掃描儀和照相機(jī)”界面來采集光譜圖像圖3所示）。打開光譜分析軟件，對(duì)該光譜圖像進(jìn)行分析處理。7 將標(biāo)準(zhǔn)光柵換成學(xué)生自制的光柵，測出其空間頻率。8仍使用標(biāo)準(zhǔn)光柵，改變光源，分別將汞燈換成LED燈和臺(tái)燈，觀察它們的光譜圖像，求出