用衍射光柵測光波波長

實驗15

用衍射光柵測量光波波長授課老師：張薇薇內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN02.實驗目的03.實驗儀器01.實驗背景04.實驗原理05.實驗內(nèi)容06.注意事項電腦桌(對學號入座,到實驗臺簽到，打開學習通簽到，實驗報告封皮填全！）

實驗題目：用衍射光柵測量光波波長上課時間：2025年9月1日

第27周

周一3、4節(jié);指導教師：張薇薇131415161718192065871091211門學號-222室座位表不要動儀器！不要動儀器！不要動儀器！2143實驗背景011.光的衍射

光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時，光將偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，光的衍射是光具有波動性的有力證據(jù)。生活中的衍射現(xiàn)象實驗背景2.衍射光柵衍射光柵是由大量、平行、等寬、等間距、緊密排列的狹縫（刻痕）構(gòu)成。有透射光柵和反射光柵。光柵常數(shù)：刻痕寬度為

a；刻痕間距為

b；光柵常數(shù)為

。光柵的構(gòu)成

衍射光柵是利用單縫衍射和多縫干涉原理制成的一種用來分光的光學元件。ba實驗背景3.光柵的應用光譜分析廣泛應用于各種光譜儀器，如光譜儀、分光光度計等，用于測量物質(zhì)的吸收光譜、發(fā)射光譜等。在化學分析中，利用光柵光譜分析可確定物質(zhì)的成分和濃度。光學通信可用于光通信中的光信號的分復用、波長選擇、光濾波、光開關(guān)等，實現(xiàn)光信號的精確控制和處理，為光通信技術(shù)的發(fā)展提供了重要支持。實驗背景4.光柵在其他領(lǐng)域的應用在生物醫(yī)學領(lǐng)域，光柵可用于生物分子的檢測和分析，如通過測量生物分子的光譜特征，分析其結(jié)構(gòu)和功能。光柵還可用于生物醫(yī)學成像，如光學相干層析成像（OCT）等，為疾病的診斷和治療提供重要的技術(shù)支持。在環(huán)境監(jiān)測中，光柵可用于大氣污染物的檢測和分析，如通過測量大氣中污染物的光譜特征，確定污染物的種類和濃度。光柵還可用于水質(zhì)監(jiān)測，如通過測量水體中污染物的光譜特征，評估水質(zhì)狀況，為環(huán)境保護提供科學依據(jù)。光柵在環(huán)境監(jiān)測中的應用光柵在工業(yè)檢測中的應用在工業(yè)生產(chǎn)中，光柵可用于材料的成分分析和質(zhì)量檢測，如通過測量材料的光譜特征，確定材料的成分和性能。光柵還可用于工業(yè)產(chǎn)品的外觀檢測，如通過測量產(chǎn)品的光譜反射率，檢測產(chǎn)品的表面缺陷和質(zhì)量，提高工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。光柵在生物醫(yī)學中的應用實驗背景實驗目的021.熟悉分光計的調(diào)節(jié)與使用方法。2.掌握測定光柵常數(shù)和光波波長的方法。3.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射的基本規(guī)律。實驗目的實驗儀器031.分光計2.平面鏡3.光柵4.低壓汞燈實驗儀器實驗原理041.單色平行光垂直照射光柵

透過各狹縫的光線因多縫衍射效應，會向各方向傳播。衍射光線與光柵法線之間的夾角稱為衍射角φ。透射光在某個方向上由于光振動的加強而在該方向產(chǎn)生一個亮條紋（明紋）。衍射光譜中明紋的位置由光柵方程確定：衍射光譜光柵聚光透鏡--實驗原理

λ為光波波長；

k為明條紋的級數(shù)（0，±1，±2…）；

是第k級明紋的衍射角；2.非單色平行光垂直照射光柵

如低壓汞燈的一級衍射光譜由四條特征譜線組成：紫色λ=435.8nm

綠色λ=546.1nm黃色1

λ=577.0nm

黃色2

λ=579.1nmHg光譜

衍射后不同波長光的零級明紋重疊在一起，形成中央明紋；其他各級明紋在中央明紋兩側(cè)對稱分布，不同波長的光的同一級明紋按波長的大小依次排列。這樣就將復色光分解成了單色光。實驗原理2.非單色平行光垂直照射光柵

如低壓汞燈的一級衍射光譜由四條特征譜線組成：紫色λ=435.8nm

綠色λ=546.1nm

黃色1λ=577.0nm

黃色2λ=579.1nmHg光譜

實驗原理實驗內(nèi)容05具體目標：望遠鏡：能接收平行光。平行光管：能發(fā)出平行光。望遠鏡、平行光管、載物臺：均垂直于分光計主軸。狹縫像：最細、最亮、最清晰。1234一、分光計的調(diào)節(jié)1)調(diào)清大黑“＋”字像，調(diào)平望遠鏡、平行光管、載物臺。2)前后移動狹縫或目鏡使狹縫像清晰，調(diào)節(jié)狹縫下螺絲使狹縫像居中。

一、分光計的調(diào)節(jié)具體步驟：二、光柵的調(diào)節(jié)具體目標：調(diào)節(jié)光柵平面平行于分光計主軸，并垂直于平行光管光軸。

2）調(diào)節(jié)光柵平面垂直于平行光管

光軸。

3）固定載物臺，轉(zhuǎn)動望遠鏡尋找

經(jīng)光柵平面反射回來的亮“十”字

像，調(diào)節(jié)G1或G2使亮

“十”字像與

分劃板上方的黑

“十”字重合。

具體步驟：1）將光柵放置于載物臺上，調(diào)整光柵位置于調(diào)平螺絲G1、G2

連線的中垂線上。

G1G2G3

若發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)光譜線不在同一水平線上，說明光柵刻痕與分光計中心軸不平行，可調(diào)節(jié)螺絲G3，使兩側(cè)譜線處于同一水平線上即可。二、光柵的調(diào)節(jié)說明：調(diào)節(jié)光柵刻痕與分光計主軸平行三、測量譜線的衍射角

轉(zhuǎn)動望遠鏡，測量綠、黃1、黃2光的二級譜線的方位角。重復測量2次，填入表中。

以測量綠光一級衍射角為例，首先轉(zhuǎn)動望遠鏡，使豎直叉絲對準一側(cè)的綠光一級譜線，記錄下刻度盤上的左右兩個讀數(shù)；再次轉(zhuǎn)動望遠鏡，使豎直叉絲對準另一側(cè)的綠光一級譜線，記錄下刻度盤上的左右兩個讀數(shù)，即可計算出綠光的一級衍射角。測量其他譜線的衍射角時也照此方法進行，測量時需要注意，若連續(xù)測量多個級次衍射角，望遠鏡要按照一個方向連續(xù)轉(zhuǎn)動，避免回程誤差。三、測量譜線的衍射角零級譜線位置：（左）（右）數(shù)據(jù)處理06數(shù)據(jù)處理

1．計算黃2、黃1、綠光二級譜線的衍射角。2．將汞燈綠光譜線波長546.1nm和綠光二級譜線衍射角代入光柵方程，求出光柵常數(shù)d。3．將2問中的光柵常數(shù)d和黃光1、黃光2的二級譜線衍射角代入光柵方程，求出相應