分光计的调节与应用-光栅衍射法测光波波长

Measurement of light wavelength using spectrometer

衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，实验中所用透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙，一般每毫米约250-600条线。

【实验目的】

分光计的调整与使用、衍射光栅测定光谱波长

【实验原理】

透射光栅光路图如图１所示，当光垂直入射，有：　　　　　　　　　                          

图1　光栅衍射                    图2 光栅衍射光谱示意图

当望远镜从位置1转到位置2时，夹角为，如图3所示：

图3 望远镜的转角

各光谱的衍射角            

【仪器介绍】

分光计的结构示意图

图5　分光计的读数盘

刻度盘为334⁰30’稍多一点，游标盘上的第17格恰好与刻度盘上的刻度对齐，因此读数为334⁰30’+17’=334⁰47’。

【实验内容】

1. 粗调分光计

（1）调平望远镜和平行光管，三垂直—－望远镜轴线、载物平台、平行光管轴线分别垂直于中心转轴。

（2）调焦目镜，通过目镜能清晰地看到分划板上铅直清晰的叉丝刻线和十字光标，粗调平行光管物镜，调出清晰竖直的狭缝像。

（3）载物台放上平面反射镜（放法如图6所示），观察绿十字像（注意观察狭缝像“尾巴”），并调节物镜使之清晰竖直。

2.细调分光计

（1）各半调节法，调节a1(a2)和螺钉14，使绿十字像调到oo’线上，载物盘转过180⁰调节使绿十字像到oo’线上；重复上述过程。

（2）转动平面镜90⁰，调节a3使绿十字像到oo’线上

（3）平行光管细调，调节狭缝像清晰、铅直，宽度为1mm左右。                                                                                                                                    　　　　　　　　

3.光栅的调节:与平面镜放法一样，调节光栅平面与入射光垂直。                                                        

4测量汞光谱线第一级(k=1)的衍射角:将望远镜分别位置1和位置2,使分划板上的叉丝竖线对准该谱线,读出左、右游标读数，记入下表，然后根据公式（2）计算它们的衍射角。

然后可根据公式（1）计算各条光谱线的，并与公认值（Ｐ27表0-6）比较，求出，光栅常数。

　

【注意事项】

1.汞灯为冷光源，关灯后要冷却方可再次点亮；另外，汞灯紫外线很强，不可直视。

2.禁止用手触摸光栅表面。

3.测量时，刻度盘的零刻线经过游标零刻线，需加上360°再计算。

第二篇：透射光栅

预习报告

实验名称：用透射光栅测定光波波长       实验日期：2011年月 

                                       实验人：

一．实验目的。

1.加深对光栅分光原理的理解；

2.学会测量光栅常数和用光栅测波长和光栅色散；

3.熟悉分光计的使用方法。

二．实验原理（要求写出原理公式，画出简图等）

光栅是利用多缝衍射原理，使光发生色散的一种分光元件。透射式平面光栅由平行排列的许多等间距、等宽度的狭缝组成。狭缝的宽度a，相邻狭缝的距离为b，则d=a+b称为光栅常数。

若以单色平行光垂直射在光栅平面上，则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播。经透镜会聚后相互干涉，在透镜的焦平面上形成一系列一定宽度的间距不等的明条纹，此即为该单色光的线光谱。根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：

dsinφ_k=±kλ     (k=0,1,2……)   (1)

式中d为光栅常数，λ为入射光波；k为明条纹（光谱线）级次；φ_k为k级明条纹的衍射角。

如果入射光是复色光，不同波长的光其衍射角φ_k也各不相同，于是复色光将被分解。在中央k=0，φ_k=0，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着k=1,2,……级光谱，各级光谱按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，称为光栅谱线。如图5-1所示。

图5-1    光栅衍射光谱示意图

如果已知入射的单色光的波长，用分光计测出k级明条纹的衍射角，由(1)式可测得光栅常数d。同理若已知光栅常数d，也可求得该明条纹所对应的单色光的波长λ。

由光栅方程(1)对λ微分，可得光栅的角色散

            (2)

角色散是光栅、棱镜分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距。

三．           实验内容（要求写出主要的实验内容和基本步骤）

一、分光计调节（参见实验分光计的使用）

二、测光栅常数

1.安置光栅。安置光栅时应达到下述要求。

图5-2   光栅放置图

(1)入射光垂直照射光栅表面。将光栅如图5-2所示放置在载物台上，使光栅平面与平行光管轴线大致垂直。然后调节光栅前后两个载物台的调平螺钉，使从光栅平面反射回来的“╬”叉丝像（亮度较弱）与分划板上“╤”形刻线上方的十字刻线中心重合（注意：望远镜已调好，不能再动），固定载物台。

(2)调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行。转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况，注意中央明纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内。如果有高低的变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行。调节与光栅在一条直线上的载物台调平螺钉，直到中央明纹两侧的衍射光谱在同一水平面上。

3.将绿光波长λ_绿=546.1nm和衍射角φ代入式(1)中，求出光栅常数d。

三、用光栅测双黄光的波长

(1)用上述同样的方法分别测出汞灯两条黄光k=+1和k=－1的角的位置，求出两条黄光谱线的衍射角。

(2)将光栅常数d和衍射角φ代入式(1)中，计算两条黄光谱线的波长λ。

四．数据表格.