斜入射光柵光波波長測定

1、光線斜入射光柵測定光波波長一、實驗?zāi)康?、掌握分光計的結(jié)構(gòu)，訓(xùn)練分光計的調(diào)整技術(shù)和技巧，學(xué)習(xí)分光計測量角度的方法2、理解光柵衍射的基本原理與特點3、熟悉用分光計測定某光柵常量、光波波長二、實驗儀器分光計、雙反平面鏡、平面透射光柵和汞燈三、實驗原理根據(jù)衍射原理，當(dāng)入射光以入射角a經(jīng)過透射光柵衍射后，由透鏡會聚,形成干涉條紋。其衍射光束、波長及入射光束之間滿足光柵方程：d(sinp±sina)=k九(k=0,1,2)(1)其中，表示波長,d表示光柵常數(shù),a表示入射角,申表示衍射角,k表示衍射光譜的級次,“+”號表示衍射光線和入射光線在光柵表面法線的同側(cè),“”號表示衍射光線和入射光線在光柵

2、表面法線的異側(cè)。由光柵衍射方程可知：若光柵常數(shù)是常量,則對于每一個確定的波長和衍射光譜級次來說,衍射角僅取決于入射角,入射角改變必然引起衍射角的變化。平行光以和光柵法線夾角a斜入射光柵,以第一級主極大為例,當(dāng)k=1時,Q1和Q2分別是光柵法線兩側(cè)的衍射線與法線的夾角;xO、x1分別是零級光譜位置和1級光譜位置。根據(jù)光柵方程，則有兩式相加得：.2九sin®+sin®=12d.九九smq+sina=，sm®-sma=1d2d由于零級衍射光線和入射光線在同一條直線上。設(shè)零級光譜與1級光譜之間的夾角分別是出，彷則有sin（卩-a）+sina=1sin（卩-a）-sina=

3、2由(2)式得：sina（2-cosp，+cosQ，）=cosa（sinp，-sinp,（3）1221Gratingncident圖1光冊測量原理四、實驗內(nèi)容1、調(diào)節(jié)分光計(1)調(diào)節(jié)分光計，使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)無窮遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡軸線與分光計中心軸線相垂直，平行光管出射平行光。調(diào)節(jié)方法見光學(xué)實驗常用儀器部分。狹縫寬度調(diào)至約1毫米。(2)安置光柵，要求入射光垂直照射光柵表面，平行光管狹縫與光柵刻痕相平行。(3)調(diào)節(jié)光柵使其刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。注意觀察叉絲交點是否在各條譜線中央，如果不是，可調(diào)節(jié)螺絲予以改正，調(diào)好后，再回頭檢查光柵平面是否仍保持和轉(zhuǎn)軸平行。如有了改變，就要反復(fù)多次，直到兩個要求都滿足為止。2、用透射

4、光柵測光柵常數(shù)：先將分光計調(diào)整到待測狀態(tài),載物平臺上放置透射光柵（光柵常數(shù)d=300條/mm）,用鈉燈作為光源。在實驗中，我們要討論當(dāng)入射光線不是垂直入射到光柵平面時,如何測得任意一條特征譜線的波長和入射角。光源經(jīng)過平行光管，出射平行光線以入射角a入射到光柵平面上,此時光柵放置在載物平臺上,載物臺和游標(biāo)盤是固聯(lián)的。鎖緊游標(biāo)盤止動螺絲,松開望遠(yuǎn)鏡止動螺絲,將刻度盤與望遠(yuǎn)鏡固聯(lián)螺絲鎖緊,使兩者一起轉(zhuǎn)動。將望遠(yuǎn)鏡的叉絲對準(zhǔn)零級譜線的中心,從游標(biāo)刻度盤上讀出零級譜線（入射光線）的方位;然后轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡,測出零級譜線兩側(cè)的1級譜線中某一條特征譜線（如黃1光）的方位。分別計算出它們與入射光的夾角（卩，卩）。

5、12則由（2）式得:sin（卩-a）+sin（卩-a）二竺（4）12d若p，<p，說明«>0，則入射光線是按圖1方式入射的。此時，將望12遠(yuǎn)鏡中的叉絲對準(zhǔn)零級譜線,鎖緊望遠(yuǎn)鏡止動螺絲,松開游標(biāo)盤止動螺絲,將游標(biāo)盤逆時針方向轉(zhuǎn)動一定角度也就是光柵法線逆時針轉(zhuǎn)動0鎖緊游標(biāo)盤止動螺絲，記下此時游標(biāo)刻度盤讀書，即零級譜線（入射光）的方位。若沒轉(zhuǎn)動之前，入射角是a,那么光柵法線逆時針轉(zhuǎn)動p后，則此時入射角改變?yōu)椋╝+p）。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，再測出兩側(cè)1級譜線（黃1光）的方位，分別計算出它們與入射光的夾角化，匕，）。則有（2）式得:sin（Q，-a-B）+sin（q，-a+B）=（5）12d根據(jù)公式(4)-5),并借助Matlab可以很方便快速計算出入射角a和波長九。旋轉(zhuǎn)不同的角度0,可以得到一系列多次的測量結(jié)果。通過上述方法,在任意入射角的情況下,得到了鈉燈中黃1特征譜線的波長。并經(jīng)過多次測量,求得波長的平均值為590.86nm,與理論值的相對誤差為0.21%,標(biāo)準(zhǔn)誤差為1.8nm。五、