棱镜折射和衍射光栅特性

1、衍射光栅及其特性衍射光栅及其特性一、引言分光计是一种能精确测量角度的光学仪分光计是一种能精确测量角度的光学仪器。利用它可以测量光在棱镜或晶体中的器。利用它可以测量光在棱镜或晶体中的反射角、折射角、衍射角，而一些光学量，反射角、折射角、衍射角，而一些光学量，如光波波长、折射率、光栅常数等可以通如光波波长、折射率、光栅常数等可以通过测量有关角度来确定，所以分光计是一过测量有关角度来确定，所以分光计是一种比较常用的仪器。分光计的基本部件和种比较常用的仪器。分光计的基本部件和调节原理与其它一些光学仪器如摄谱仪、调节原理与其它一些光学仪器如摄谱仪、单色仪等有很多相似之处，是这一类仪器单色仪等有很多相似之

2、处，是这一类仪器的典型。的典型。 实验目的实验目的1 1、掌握用极限法测固体折射率的原理和方法。掌握用极限法测固体折射率的原理和方法。2 2、用光栅观察水银灯光谱，并测出衍射角与用光栅观察水银灯光谱，并测出衍射角与波长的关系。波长的关系。3 3、了解光栅的主要特性。了解光栅的主要特性。4 4、进一步熟悉分光计的调节方法。进一步熟悉分光计的调节方法。 ( (难点难点) )2sinsincos1aan测固体折射率的原理图测固体折射率的原理图汞灯光谱的衍射角与波长关系原理图汞灯光谱的衍射角与波长关系原理图sin012,dkk（， ，），（, 210sinkkd光栅方程光栅方程 r光栅的分辨本领为：光

3、栅的分辨本领为：knr )1(1cos时kddkdd光栅的角色散率为：光栅的角色散率为：光栅的角色散率和分辨本领光栅的角色散率和分辨本领瑞利判据瑞利判据灯源光源控制平行光管读数照明望远镜载物盘刻度盘仪器简介仪器简介“三垂直” 是指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。分光计调节要求分光计调节要求“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜能看到清晰的叉丝像；望远镜对无穷远聚焦，即平面镜返回清晰的绿十字像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰的狭缝的像。望远镜望远镜目镜套目镜套筒锁定筒锁定目镜调目镜调焦手轮焦手轮光源光源望远镜仰望远镜仰角调节角调节望远镜水平调节螺钉

4、望远镜水平调节螺钉望远镜转动微调螺钉望远镜转动微调螺钉载物台载物台游标盘游标盘止动止动(另侧望远镜止动另侧望远镜止动)载物台载物台调平螺调平螺钉钉游标盘游标盘刻度盘锁定刻度盘锁定刻刻度度盘盘平面反射镜的放置方法调整调整调整调整阿贝式自准直望远镜阿贝式自准直望远镜 用各半调节法将绿十字像调至与上方叉丝重合（如图2），反复调节，使两面的十字像均与上叉丝重合 注意：此步以后望远镜水平调节螺丝不可再动！调节载物台水平调节载物台水平 ： 重新放置双面镜（与原位置成90），调节平面镜前面的螺钉（即载物台下面刚才没调节的螺钉）使十字像与上方叉丝重合。三棱镜的放置方法光路布置abc亮视场暗视场法线方向毛玻璃钠

5、光灯极限方向123231望远镜望远镜b3b2b1光栅光栅平行光管平行光管平台载物台载物台平行光管平行光管(另侧望远镜止动另侧望远镜止动)平行光平行光管调平管调平螺钉螺钉刻度盘锁定刻度盘锁定刻刻度度盘盘狭缝宽狭缝宽窄调节窄调节狭缝清晰度调节狭缝清晰度调节分光计调整完毕的仪器状态分光计调整完毕的仪器状态十字像叉丝狭缝调节平行光管主光轴与分光计主轴垂直松开平行光管锁紧螺钉，将平行光管旋转90度，使狭缝像变成水平，然后调节水平调节螺钉，使狭缝的像与测量用叉丝水平线重合本实验中观察到的汞灯谱线本实验中观察到的汞灯谱线波长（波长（nm）435.8546.1577.0579.0颜色颜色兰兰绿绿黄黄1黄黄2黄

6、二黄一绿光读数方法读数方法主刻度盘主刻度盘游标盘游标盘游标窗口游标窗口233 13 注意事项1、光学元件要轻拿轻放，以免损坏。切忌用手触摸光学面。、光学元件要轻拿轻放，以免损坏。切忌用手触摸光学面。2、分光计是精密的光学仪器，操作中要严格遵守操作规程，而且、分光计是精密的光学仪器，操作中要严格遵守操作规程，而且动作要轻。不得随意拆卸仪器、乱拨旋钮、乱晃镜筒以致造成动作要轻。不得随意拆卸仪器、乱拨旋钮、乱晃镜筒以致造成仪器严重磨损。仪器严重磨损。3、三棱镜的光学面和光栅反射回的叉丝像很弱。在实验中要保证、三棱镜的光学面和光栅反射回的叉丝像很弱。在实验中要保证望远镜的调焦准确，并且要尽可能避免杂光

7、才能观察到比较清望远镜的调焦准确，并且要尽可能避免杂光才能观察到比较清晰的叉丝像。晰的叉丝像。4、在测量数据前务必要检查分光计的几个止动螺钉该锁紧的是否、在测量数据前务必要检查分光计的几个止动螺钉该锁紧的是否已经锁紧。若未锁紧，测得的数据会不可靠。已经锁紧。若未锁紧，测得的数据会不可靠。5、测量角度时，要使用望远镜微调螺钉或游标盘微调螺钉，以使、测量角度时，要使用望远镜微调螺钉或游标盘微调螺钉，以使读数准确。读数准确。6、在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中刻度盘零点是、在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中刻度盘零点是否经过游标盘零点。如经过游标盘零点，应对相应读数加上否经过游标盘零点。如经过游标盘零点，应对相应读数加上（或减去）（或减去）360360后再计算。后再计算。7、光源不要频繁开关，做完实验数据合格后，再关灯源。光源不要频繁开关，做完实验数据合格后，再关灯源。实验数据处理实验数据处理实验数据处理。两条黄色谱线可以分辨时，当由时时光栅的分辨本领为时光栅的角色散率为狭缝数目光栅宽度光栅常数实理nmnmrnmrkkknrmradnmnmkmradddkddnmmmdlnmmlnmd2043. 0577)2(1