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1、衍射光栅特性与光波波长的测量衍射光栅特性与光波波长的测量一、基本知识及应用一、基本知识及应用 大量等宽、等间距、平行排列的狭缝即为衍射大量等宽、等间距、平行排列的狭缝即为衍射光栅。光线透过狭缝后会形成干涉。光栅。光线透过狭缝后会形成干涉。 根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会根据多缝衍射的原理，复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光形成按波长顺序排列的谱线，称为光栅光谱，所以光栅是一种重要的分光光学元件。栅是一种重要的分光光学元件。 在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系使
2、用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。统。 基本知识基本知识 衍射光栅是极其精密的光谱分光元件衍射光栅是极其精密的光谱分光元件,它的刻槽它的刻槽密度可达密度可达4800槽槽/mm。 衍射光栅是各种光谱仪器的核心元件衍射光栅是各种光谱仪器的核心元件, ,广泛应用广泛应用于石油化工、医药卫生、食品、生物、环保等国民经于石油化工、医药卫生、食品、生物、环保等国民经济和科学研究的各个领域中。如济和科学研究的各个领域中。如VCDVCD、DVDDVD光头光头, ,各种各种激光器激光器, ,特别是强激光核聚变特别是强激光核聚变, ,航空航天遥感成像光谱航空航天遥感成像光谱仪仪, ,同步辐射光束线等都
3、需要各种特殊光栅。它已经同步辐射光束线等都需要各种特殊光栅。它已经成功地应用于多波段航空遥感成像光谱仪、天文望远成功地应用于多波段航空遥感成像光谱仪、天文望远镜、高精度光谱分析仪器。此外它还可以构成光栅干镜、高精度光谱分析仪器。此外它还可以构成光栅干涉仪进行精密位移分辨测量。涉仪进行精密位移分辨测量。 光栅的应用光栅的应用二、学习要点二、学习要点1 1、掌握用衍射光栅精确测量光波波长的原理、掌握用衍射光栅精确测量光波波长的原理和方法。和方法。2 2、进一步掌握分光计的调节、使用方法。、进一步掌握分光计的调节、使用方法。三、测量原理三、测量原理由光栅衍射公式由光栅衍射公式 可知，已知光栅常数可知
4、，已知光栅常数 及衍射角及衍射角 和级次和级次 时，时，可利用上述求出光波波长可利用上述求出光波波长同理，已知光波波长同理，已知光波波长 及衍射角及衍射角 和级次和级次 时，时，可利用上述求出光栅常数可利用上述求出光栅常数一级明条纹一级明条纹一级明条纹一级明条纹中央明条纹中央明条纹 实际的测量是对已知干涉级次衍射条纹实际的测量是对已知干涉级次衍射条纹的衍射角的衍射角 的精确测量。的精确测量。 利用分光计可观察利用分光计可观察到各级衍射条纹（到各级衍射条纹（实实际能观察到两级际能观察到两级）,平行光平行光（复色）（复色）平行光管平行光管载物台载物台望远镜望远镜 用分光计可以测出各种单色光已知衍射
5、用分光计可以测出各种单色光已知衍射级次的衍射角。实际测量的为级次的衍射角。实际测量的为11级衍射角，级衍射角，利用公式计算衍射角利用公式计算衍射角根据衍射公式则可由已知量计算出待测量。根据衍射公式则可由已知量计算出待测量。 根据波长及衍射角的变化关系可求出光根据波长及衍射角的变化关系可求出光栅的色散率栅的色散率 ， 实验中黄光有相差极小的衍射角，利用实验中黄光有相差极小的衍射角，利用其变化关系计算色散率。其变化关系计算色散率。四、实验装置及使用介绍四、实验装置及使用介绍望远镜望远镜光栅光栅平行光管平行光管平行光管平行光管：复色光经过狭缝后经透镜作用：复色光经过狭缝后经透镜作用变成平行光。变成平
6、行光。光栅光栅：复色光经过光栅衍射形成衍射（不：复色光经过光栅衍射形成衍射（不同级次和波长其衍射角不同）。同级次和波长其衍射角不同）。望远镜望远镜：将各级次的单色光会聚在一定角：将各级次的单色光会聚在一定角度上，用于观察衍射光。度上，用于观察衍射光。五、实验操作步骤五、实验操作步骤1、按照、按照“分光计测三棱镜折射率分光计测三棱镜折射率”实验中的实验中的调节要点调整分光计；调节要点调整分光计； 2、调整光栅位置，使光栅平面垂直于入射平、调整光栅位置，使光栅平面垂直于入射平行光，光栅狭缝（或刻痕）平行于旋转主轴；行光，光栅狭缝（或刻痕）平行于旋转主轴；3、转动望远镜，可观察到、转动望远镜，可观察到11、22级级黄、绿、黄、绿、紫三种单色光的衍射角；紫三种单色光的衍射角；4、测量、测量绿光绿光的的11级级衍射角衍射角（波长作为已知条（波长作为已知条件）件），计算光栅常数；，计算光栅常数；5、测量两条、测量两条黄光黄光的的11级级衍射角衍射角（光栅常数作（光栅常数作为已知条件）为已知条件），计算两黄光的波长；，计算两黄光的波长；（角度的测量方法参见（角度的测量方法参见“分光计测三棱镜折射率分光计测三棱镜折射率”实验的测量方法）实验的测量方法）
