光栅特性研究ppt课件

1、;实验简介实验原理实验目的实验目的实验内容仪器及调整实验数据预习题思考题; 衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学元件。以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分元件。以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广泛的应用。泛的应用。 分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中分光计是精确测定光线偏

2、转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长，折射率等，此外还能精确的的偏转角，因而利用它可测量波长，折射率等，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。许多光学仪器棱镜光谱仪、光栅光谱测量光学平面间的夹角。许多光学仪器棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度仪、单色仪等的基本结构也是以它为基础的，所仪、分光光度仪、单色仪等的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。以分光计是光学实验中的基本仪器之一。 使用分光计时必须经过一系列精细的调整。分光计的调整方使用

3、分光计时必须经过一系列精细的调整。分光计的调整方法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性，因此学习分光计的法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性，因此学习分光计的调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。 实验简介实验简介;实验目的实验目的1 1 熟悉分光计的调整和应用；熟悉分光计的调整和应用；2 2了解光栅分光的特点了解光栅分光的特点; ;3 3学会用光栅测定光栅常数的方法。学会用光栅测定光栅常数的方法。;实验原理实验原理光栅光栅-是一排密集、均匀而又平行的狭缝。是一排密集、均匀而又平行的狭缝。衍射光栅衍射光栅 ( (透射光栅透射光栅) )机制光栅：在玻璃

4、片上刻划出一系列平行等距的划机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕痕, ,刻过的地方不透光，未刻地方透光。刻过的地方不透光，未刻地方透光。全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。板上曝光，经显影定影制成全息光栅。;光栅常数光栅常数:d:d透光缝宽度透光缝宽度 a a不透光缝宽度不透光缝宽度 b bbadbadf;根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，产生明条纹的条件为将产生夫琅和费衍射现象，产生明条纹的条件为

5、 dsin dsink =k k= 0, k =k k= 0, 1, 1, 2,2, d- d-光栅常数光栅常数 k-k-第级衍射角第级衍射角 -入射光波长入射光波长 K- K- 明纹的级次。明纹的级次。badf 如果用会聚透镜将衍射如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来后的平行光会聚起来, ,透镜后焦透镜后焦面上将出现一系列亮线面上将出现一系列亮线-谱线谱线. . 在在=0=0的方向上可以观的方向上可以观察到零级谱线察到零级谱线, , 其他级数的谱线对称分其他级数的谱线对称分布在零级两侧布在零级两侧;如果已知光栅常数如果已知光栅常数d d，用分光计测出，用分光计测出k k级谱线级谱线对应的衍

6、射角对应的衍射角k k，则可求出该谱线对应的入射光，则可求出该谱线对应的入射光波长波长; ;若已知入射光的波长若已知入射光的波长, ,则反过来可求光则反过来可求光栅常数栅常数d d 。;o分光计一台分光计一台o光源光源( (汞灯汞灯) )一个一个o平面反射镜一块平面反射镜一块o衍射光栅一块衍射光栅一块. .;分光计介绍分光计介绍; 分分光光计计;目镜目镜调焦调焦物镜调焦物镜调焦物镜物镜调焦调焦物镜调焦物镜调焦紧固螺钉紧固螺钉调焦调焦紧固螺钉紧固螺钉平行光管调焦平行光管调焦望远镜望远镜倾斜调节倾斜调节望远镜望远镜水平微动水平微动望远镜紧固望远镜紧固望远镜和度盘之间紧固望远镜和度盘之间紧固(此螺钉

7、轴对称处此螺钉轴对称处)载物台调节载物台调节载物台游标载物台游标 盘紧固盘紧固平行光管平行光管倾斜调节倾斜调节;平平面面反反射射镜镜;低低压压汞汞灯灯;衍射光栅衍射光栅;实验内容实验内容; 调节望远镜俯仰调节螺钉调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉平行光管俯仰调节螺钉望远镜支架望远镜支架平行光管水平调节螺钉平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 松开望远镜锁紧螺钉松开望远镜锁紧螺钉 松开松开游标盘锁紧螺钉游标盘锁紧螺钉锁紧锁紧载物台升降锁紧螺钉载物台升降锁紧螺钉调理调理载物盘水平调节螺钉载物盘水平调节螺钉 移动底座;平面镜两侧面的反射像分别位于平面镜两侧面的反射像分别

8、位于和时，只需调节望远镜的时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉俯仰调节螺钉dd平面镜两侧面的反射像同时位于平面镜两侧面的反射像同时位于或时，只需调节载物盘的时，只需调节载物盘的水平调节螺钉水平调节螺钉dd;旋转目镜调节鼓轮 叉丝像分划板视场透光窗 反射像伸缩目镜筒 ;俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉;放置平面镜 拨动游标盘 调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉 ;d调节载物盘水平调节螺钉调节载物盘水平调节螺钉d/2调节望远镜俯仰调节螺钉调节望远镜俯仰调节螺钉 ;狭缝 锁紧螺钉俯仰调节螺钉松开狭缝锁紧螺钉松开狭缝锁紧螺钉前后移动狭缝前后移动狭缝 转动狭缝转动狭缝调节

9、平行光管俯仰调节螺钉调节平行光管俯仰调节螺钉 转动狭缝转动狭缝锁住狭缝锁紧螺锁住狭缝锁紧螺钉钉 ;V1V2V3二、调节光栅二、调节光栅平行光垂直照射光栅平行光垂直照射光栅表面：调节表面：调节V1V1、V3V3使使光栅反射回来的叉丝光栅反射回来的叉丝像和叉丝重合像和叉丝重合光栅刻痕与仪器转轴、光栅刻痕与仪器转轴、狭缝平行：转动望远狭缝平行：转动望远镜观察零级谱线两侧镜观察零级谱线两侧的一级或二级谱线，的一级或二级谱线，调节调节V2V2并稍微旋转狭并稍微旋转狭缝，使两侧谱线均与缝，使两侧谱线均与叉丝的中心横线垂直，叉丝的中心横线垂直，并上下对称并上下对称;主刻度盘游标盘游标窗口233 13 ; 刻

10、度盘分为刻度盘分为360360, ,最小刻度为半度最小刻度为半度(30(30），），小于半度则利用游标读数。游标上刻有小于半度则利用游标读数。游标上刻有3030小格，小格，与刻度盘上与刻度盘上2929个小分格等长，故刻度盘上个小分格等长，故刻度盘上1 1小格小格与游标上与游标上1 1小格之差为小格之差为11，因此该游标的分度，因此该游标的分度值为值为11。 ;1.1.数据记录数据记录自拟数据记录表格。自拟数据记录表格。测出以汞灯为光源，测出以汞灯为光源， k = k =1 1某一色光的衍射某一色光的衍射角，代入式角，代入式1 1求求d,d,要求测要求测6 6次。次。实验数据实验数据2.2.数据

11、处理数据处理自拟数据处理表格。自拟数据处理表格。求解求解d d ，并用不确定度表示测量结果。，并用不确定度表示测量结果。;次数次数衍射衍射-1级级衍射衍射+1级级左端读数左端读数右端读数右端读数左端读数左端读数右端读数右端读数123456平均平均表表1 1：透射光栅常数的测量：透射光栅常数的测量nm546.1绿1212;实验数据汞灯光谱分析）实验数据汞灯光谱分析）1数据记录自拟数据记录表格。测出汞灯各谱线的k =1、 2的衍射角，计算各谱线波长及百分误差。;表表2 2：汞灯光谱的研究：汞灯光谱的研究光谱光谱衍射衍射-1级级衍射衍射+1级级左端读左端读数数右端读右端读数数左端读左端读数数右端读右

12、端读数数紫紫蓝蓝绿绿黄黄1黄黄2衍射衍射-2级级衍射衍射+2级级左端读左端读数数右端读右端读数数左端读左端读数数右端读右端读数数12123434;本卷须知1 1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。拧动狭缝。2 2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。轻拿轻放，以免弄脏或损坏。3 3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。4 4 测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。提高工作效率和测量准确度。5 5在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。零点。 ;预习题o 1. 用 测d应保证什么条件？实验时这些条件是怎样保证的？o 2. 按图5的放法放置光栅有什么