用衍射光栅测光波波长

实验15

用衍射光栅测量光波波长授课老师：张薇薇内容索引NEIRONGSUOYIN02.实验目的03.实验仪器01.实验背景04.实验原理05.实验内容06.注意事项电脑桌(对学号入座,到实验台签到，打开学习通签到，实验报告封皮填全！）

实验题目：用衍射光栅测量光波波长上课时间：2025年9月1日

第27周

周一3、4节;指导教师：张薇薇131415161718192065871091211门学号-222室座位表不要动仪器！不要动仪器！不要动仪器！2143实验背景011.光的衍射

光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象，光的衍射是光具有波动性的有力证据。生活中的衍射现象实验背景2.衍射光栅衍射光栅是由大量、平行、等宽、等间距、紧密排列的狭缝（刻痕）构成。有透射光栅和反射光栅。光栅常数：刻痕宽度为

a；刻痕间距为

b；光栅常数为

。光栅的构成

衍射光栅是利用单缝衍射和多缝干涉原理制成的一种用来分光的光学元件。ba实验背景3.光栅的应用光谱分析广泛应用于各种光谱仪器，如光谱仪、分光光度计等，用于测量物质的吸收光谱、发射光谱等。在化学分析中，利用光栅光谱分析可确定物质的成分和浓度。光学通信可用于光通信中的光信号的分复用、波长选择、光滤波、光开关等，实现光信号的精确控制和处理，为光通信技术的发展提供了重要支持。实验背景4.光栅在其他领域的应用在生物医学领域，光栅可用于生物分子的检测和分析，如通过测量生物分子的光谱特征，分析其结构和功能。光栅还可用于生物医学成像，如光学相干层析成像（OCT）等，为疾病的诊断和治疗提供重要的技术支持。在环境监测中，光栅可用于大气污染物的检测和分析，如通过测量大气中污染物的光谱特征，确定污染物的种类和浓度。光栅还可用于水质监测，如通过测量水体中污染物的光谱特征，评估水质状况，为环境保护提供科学依据。光栅在环境监测中的应用光栅在工业检测中的应用在工业生产中，光栅可用于材料的成分分析和质量检测，如通过测量材料的光谱特征，确定材料的成分和性能。光栅还可用于工业产品的外观检测，如通过测量产品的光谱反射率，检测产品的表面缺陷和质量，提高工业生产的质量和效率。光栅在生物医学中的应用实验背景实验目的021.熟悉分光计的调节与使用方法。2.掌握测定光栅常数和光波波长的方法。3.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射的基本规律。实验目的实验仪器031.分光计2.平面镜3.光栅4.低压汞灯实验仪器实验原理041.单色平行光垂直照射光栅

透过各狭缝的光线因多缝衍射效应，会向各方向传播。衍射光线与光栅法线之间的夹角称为衍射角φ。透射光在某个方向上由于光振动的加强而在该方向产生一个亮条纹（明纹）。衍射光谱中明纹的位置由光栅方程确定：衍射光谱光栅聚光透镜--实验原理

λ为光波波长；

k为明条纹的级数（0，±1，±2…）；

是第k级明纹的衍射角；2.非单色平行光垂直照射光栅

如低压汞灯的一级衍射光谱由四条特征谱线组成：紫色λ=435.8nm

绿色λ=546.1nm黄色1

λ=577.0nm

黄色2

λ=579.1nmHg光谱

衍射后不同波长光的零级明纹重叠在一起，形成中央明纹；其他各级明纹在中央明纹两侧对称分布，不同波长的光的同一级明纹按波长的大小依次排列。这样就将复色光分解成了单色光。实验原理2.非单色平行光垂直照射光栅

如低压汞灯的一级衍射光谱由四条特征谱线组成：紫色λ=435.8nm

绿色λ=546.1nm

黄色1λ=577.0nm

黄色2λ=579.1nmHg光谱

实验原理实验内容05具体目标：望远镜：能接收平行光。平行光管：能发出平行光。望远镜、平行光管、载物台：均垂直于分光计主轴。狭缝像：最细、最亮、最清晰。1234一、分光计的调节1)调清大黑“＋”字像，调平望远镜、平行光管、载物台。2)前后移动狭缝或目镜使狭缝像清晰，调节狭缝下螺丝使狭缝像居中。

一、分光计的调节具体步骤：二、光栅的调节具体目标：调节光栅平面平行于分光计主轴，并垂直于平行光管光轴。

2）调节光栅平面垂直于平行光管

光轴。

3）固定载物台，转动望远镜寻找

经光栅平面反射回来的亮“十”字

像，调节G1或G2使亮

“十”字像与

分划板上方的黑

“十”字重合。

具体步骤：1）将光栅放置于载物台上，调整光栅位置于调平螺丝G1、G2

连线的中垂线上。

G1G2G3

若发现左右两侧光谱线不在同一水平线上，说明光栅刻痕与分光计中心轴不平行，可调节螺丝G3，使两侧谱线处于同一水平线上即可。二、光栅的调节说明：调节光栅刻痕与分光计主轴平行三、测量谱线的衍射角

转动望远镜，测量绿、黄1、黄2光的二级谱线的方位角。重复测量2次，填入表中。

以测量绿光一级衍射角为例，首先转动望远镜，使竖直叉丝对准一侧的绿光一级谱线，记录下刻度盘上的左右两个读数；再次转动望远镜，使竖直叉丝对准另一侧的绿光一级谱线，记录下刻度盘上的左右两个读数，即可计算出绿光的一级衍射角。测量其他谱线的衍射角时也照此方法进行，测量时需要注意，若连续测量多个级次衍射角，望远镜要按照一个方向连续转动，避免回程误差。三、测量谱线的衍射角零级谱线位置：（左）（右）数据处理06数据处理

1．计算黄2、黄1、绿光二级谱线的衍射角。2．将汞灯绿光谱线波长546.1nm和绿光二级谱线衍射角代入光栅方程，求出光栅常数d。3．将2问中的光栅常数d和黄光1、黄光2的二级谱线衍射角代入光栅方程，求出相应