光栅特性与激光波长告示牌_第6版_.doc

光栅特性与激光波长告示牌 复旦大学物理实验中心光栅特性与激光波长注意事项：1不要用手接触光栅表面。2实验时，当心激光!3本告示牌供实验者阅读，所以不要在上面写字，更不能带出实验室。实验步骤： 1测量未知光波波长 半导体激光器与光屏（贴有毫米方格纸）相距1米左右，打开激光电源，使激光照射在光屏中间（0刻度线）。调节激光器左右，上下调节螺丝，使反射后激光光束入射到激光器激光发射孔中。在距光屏75到90厘米之间的地方放上光栅（d=0.01毫米），调节光栅左右，上下调节螺丝，使反射后激光光束（中间最亮一点）入射到激光器激光发射孔中。在屏上读出K = 0、1、2、3亮点位置，用米尺读出光栅到屏幕的距离L。将数据代入下式中，求出激光的波长，并给出波长的平均值和不确定度。L估读到1mm,X估读到0.5 mm，不确定度为A类不确定度。计算公式如下： 注意：此处X为某级次亮点位置与零次亮点位置的差值2测量光栅常数d给定激光器的波长,测量6组L（参考值400mm与800mm之间）和对应的X（K = 1级）值，根据公式，用最小二乘法求出光栅常数及其不确定度。（波长数据由实验室提供）3观察衍射现象图1用两个一维光栅构成的正交光栅1)到光栅衍射现象观察台上另取观察用的光栅，并把光栅放在眼前，直接观察钠灯、护眼灯、日光灯。记录观察到的现象并进行分析。画出看到的现象的示意图(护眼灯记录K=0，K=1；钠灯记录K=0，K=1， K=2， K=3）2)观察正交光栅衍射现象如图1，若将两个光栅互相垂直（构成正交光栅）且依次放置在激光器之前，此时激光束穿透光栅后，在屏幕上的衍射图样如何？说明其原因。图2激光束斜入射到光栅上3)观察激光束斜入射到光栅的表面时衍射现象如图2，若将激光束斜入射到光栅的表面，观察各相应级次亮点位置的变化情况，并进行分析。附：光栅特性与激光波长调节方法介绍（供参考）1关掉激光器2调节激光器调节架（图3）a)调节“激光器上下调节”螺丝，使激光器固定板与激光器底板平行（上下间距相等）。图3激光调节架b)调节“激光器左右调节”螺丝，使激光器与激光器底板左（右）间距相等。3在激光器前10厘米A处放上光栅，打开激光器，便激光照在光栅中心（可调节光栅高低）。向后移动光栅到B处（例如，60厘米）。如果光点照在光栅上位置有上下移动。则调节“激光器上下调节”螺丝。直到光点在A与B两处时，照在光栅上位置上下无移动。这样激光基本上平行桌面。4调节光屏调节架（图4，图5）图4光屏调节架调节光屏调节架的“前左调节螺丝”或“前右调节螺丝”或“后调节螺丝”，使光屏调节架底座平行桌面（目测）。注意每个调节螺丝调到中间位置（上下留有一定的调节范围，如图5）5激光器与光屏相距1米以上，打开激光器，使激光照在光屏上（零刻度线）。反射回的光点应照射在激光器出射光孔中。如果不照射到激光器发（出射）光孔中，可用以下方法调节。 用一张纸，放在激光器后面，观察纸上光斑位置。大致找出反射光斑位置，如图6。6a)转动光屏调节架，（注意：用手转动底座，不要用手转动光屏，否则光屏会损坏掉落）使反射光斑照射在激光器激光发光孔的正上方（下方）（注意：转动过程中，激光应始终照在光屏的零刻度线上），如图6。b)调节“后调节螺丝”，使反射光的光斑上（下）移动后，照射在激光器发光孔内。（注意：在此过程中，其他两个调节螺丝不可调节）7调节光栅调节架的螺丝，使光栅调节板与光栅间距相等，如图7。在与光屏相距75厘米的地方放上光栅，调节光栅调节架的螺丝1或光栅调节架的螺丝2，使反射光的衍射光照射在激光器发光孔内（注意：是选取最亮一个衍射光斑，即零级衍射光斑）。8观察光屏上的几个衍射光斑（连线）是否与光屏刻度横线平行（或重合），如果不平行，则可通过“前左调节螺丝”或“前右调节螺丝” 调节。调节完毕后，如发现零级衍射光斑移动（不在零刻度线上），可以拿走光栅，通过移动光屏，使零级衍射光斑重新在光屏零刻度线上，重复以上步骤5，6，7。图6调节示意图图7光栅与光栅调节架图5调节示意图调节完毕后，可以开始测量。附：光栅特性与激光波长记录（供参考） 1. 测量未知光波波长l 光栅狭缝密度 lines/mm，光栅常数d = mm 光栅到屏幕的距离L = mm 注： （注意：q 不能用近似公式计算，亮点位置为屏上刻度线的读数值）衍射级次K亮点位置/ mmsinq衍射角度q / rad角色散率D / nm-1光波波长l / nm波长平均值 l / nm-3*-2*-1*0*+1*+2*+3*不确定度u(l) = nm l u(l)= nm2. 测定光栅常数d序 数K=1亮点位置对应K=0的亮点位置光栅到屏幕的距离L / mm光栅常数d /mm光栅常数平均值d / mm1*2*3*4*5*6*波