è¡?/p>
5
用透射光栅测量光波波长
光栅是重要的分光元件,和棱镜一样,被广泛应用于单色仪,摄谱仪等光学仪中ã€?/p>
光栅实际上是一组数量极大的平行排列的,等宽、等距狭缝。应用透射光工作的称为é€?/p>
射光栅,应用反射光工作的称为反射光栅ã€?/p>
本实验主要采用透射光栅来进行测量ã€?/p>
【实验目的ã€?/p>
1.
加深对光栅分光原理的理解ã€?/p>
2.
使用透射光栅测定光栅常量,光波波长和光栅角色散ã€?/p>
3.
进一步练习分光计的调节和使用,并了解在测量中影响测量精度的因素ã€?/p>
【实验仪器ã€?/p>
分光计,平面透射光栅,汞灯,钠灯,等ã€?/p>
【实验原理ã€?/p>
如图
B5-1
所示,è®?/p>
S
为位于透镜
L
1
物方焦面上的细长狭缝光源ï¼?/p>
G
为光栅,
光栅上相邻狭缝的间距ä¸?/p>
d
。自光源
S
射出的光,经透镜
L
1
后,成为平行光且垂直
照射于光栅平é�?/p>
G
上,平行光通过光栅狭缝时产生衍射,凡与光栅法线æˆ?/p>
�/p>
角的è¡?/p>
射光经透镜
L
2
后,会聚于象方焦平面çš?/p>
�/p>
P
点,其产生衍射亮条纹的条件为
�/p>
�/p>
k
d
�/p>
sin
(B5-1)
(B5
ï¼?/p>
1)
式称为光栅方程,式中
�/p>
为衍射角ï¼?/p>
�/p>
为光波波长,
k
是光谱级æ•?/p>
(
k
= 0
,Â?
1
,Â?/p>
2
�/p>
)
ï¼?/p>
d
称为光栅常量。衍射亮条纹实际上是光源狭缝的衍射象,是一条条锐细
的亮线。当
k
=0
时,åœ?/p>
�/p>
=0
的方向上,各种波长的亮线重叠在一起,形成白色的零çº?/p>
亮线。对äº?/p>
k
的其它数值,不同波长的亮线出现在不同方向上,形成光谱,此时各波长
的亮线称为光谱线。而与
k
的正、负两组值所对应的两组光谱,则对称地分布在零级亮
线的两侧。因此,可以根据å¼?/p>
(B5-1)
在测定衍射角
�/p>
的条件下,确å®?/p>
d
å’?/p>
�/p>
间关系(é€?/p>
常考虑
k
=
±
1
时的情形),也就是说只要知道光栅常量
d
,就可以求出未知光波é•?/p>
�/p>
ï¼?/p>
反之,当某特征光的波é•?/p>
�/p>
为已知时,就可以求出光栅常量
d
�/p>
这样就为我们进行光谱
分析提供了方便而快捷的方法。式
(B5-1)
的推导十分简单,因为
�/p>
sin
d
就是相邻两狭
缝光的光程差,光程差为波长的整数倍时,显然有相干光干涉会增强,各狭缝的光束增
强形成相应波长光波的亮线。此外,光栅的多缝衍射干涉的结果还有以下特征ï¼?/p>
(1)
亮线位置和狭缝个数无关,其宽度随狭缝个数增加而减小、但强度增大ã€?/p>
S
L
1
L
2
G
�/p>
d
�/p>
P
å›?/p>
B5
ï¼?/p>
1