光栅衍射-物理试验中心.DOCVIP

光栅衍射 实验目的 1．观察光栅衍射现象，了解平面透射、反射光栅定义 2．学会平面透射光栅的缝间间距和缝密度以及平面反射光栅的槽间间距及槽密度的测量方法 3．熟悉测角仪的结构，掌握其使用方法 实验仪器 平面透射光栅、平面反射光栅、双面平面镜、He-Ne激光器（波长=632.8nm）、测角仪 平面透射光栅、平面反射光栅、双面平面镜 如图所示，平面透射光栅由大量等宽、等间距并相互平行的细狭缝组成；实验所用透射光栅每毫米有300条狭缝。平面反射光栅是在镜面上刻划大量等宽、等间距的细纹槽，刻槽处使光散射，成为挡光部分；未刻部分相当于透光狭缝；实验所用反射光栅由CD光盘裁剪制成。实验中双面小平面镜主要用于调节激光、载物台面与测角仪转轴垂直。 平面透射光栅 平面反射光栅 双面平面镜 He-Ne激光器 激光器是受激辐射光放大器，所输出的光为激光。氦氖激光器是连续输出激光的气体激光器，其主体是一支放电管，两端是两面反射镜，构成一个光学腔，其中一面镜子的反射率高于99%，另一面则为98%左右。管内抽真空后，充入5:1到7:1的氦氖混合气体，管内的阴极和阳极间加上千伏以上的直流高压后，在激光器端面输出了波长为632.8nm的红色激光束。光束发散角很小，只有几毫弧度。 激光束亮度是很大的，功率为1mw的激光器输出的激光束亮度比太阳亮度约高几十倍。所以在使用激光器时应注意激光防护，不允许在任何情况下正对直视激光束，更不允许将激光束对准他人，以避免对视力造成永久性的损伤。 测角仪 测角仪由可转动载物台、测角装置及定位狭缝组成，激光束经入射到测角装置载物台上的光栅上，衍射光束的方向由定位狭缝确定，其角度位置在测角装置上读出。 测角装置由角度刻度盘和游标盘组成，载物台与游标盘一体，载物台转过的角度可由角刻度盘与角游标读出，角刻度盘最小分度为，角游标为30分度，每分度值为，读取角度位置时，应以角游标的0刻线为准，及以上由角刻度盘上读取，以下由角游标读取：即判定游标上哪条刻线与角刻度盘上的刻线更重合，完全重合刻线在游标上的读数值即为角位置读数以下数值。如下图所示的角位置读数值为：。 为了消除角刻度盘圆心与旋转主轴轴心不一致而产生的偏心差对角度测量的影响，测角仪在游标盘对径（）上设置了角游标a和角游标b。当测量载物台转过的角度时，应分别读取二个角游标的角位置初读数和，转过角度后，读取二个角游标的角位置末读数和，则载物台相对转轴轴心实际转过的角度为：。 实验原理 什么是光栅？ 光栅是由大量等宽的平行狭缝（反射面）等距离排列而形成的光学器件。是一种常用的光学色散元件,具有空间周期性。从工作原理上光栅可分为：透射光栅和反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在一块平面玻璃上刻成的，而反射光栅则把刻痕刻在磨光的硬质合金上。精致的光栅，在1cm内刻痕可达一万条以上。 透射光栅的衍射： 当一束激光照到透射光栅上，如图所示，经光栅衍射，透射激光分成不同衍射级别、不同衍射方向的衍射光束，其与入射光束相同方向的衍射光束为0级衍射光束，在0级衍射光束两侧分别为级、级…等衍射光束。 级衍射光束的衍射方向与激光波长及衍射光栅中相邻狭缝的间距之间符合如下关系式： =0,±1,±2,… 此关系式被称为透射光栅方程。若测出级衍射光束的衍射角为，则可由求得光栅相邻狭缝之间的间距以及可求得光栅的狭缝密度。 反射光栅的衍射： 当一束激光照射到反射光栅上，如图所示，经光栅衍射，反射激光分成不同衍射级别、不同衍射方向的衍射光束，其衍射角与入射光束入射角相同的衍射光束为0级衍射光束，在0级衍射光束两侧分别为级、级…等衍射光束。 垂直入射时，级衍射光束的衍射方向与激光波长及反射光栅中相邻纹槽的间距符合如下关系式： =0,±1,±2,… 此关系式被称为反射光栅方程。若测出级衍射光束的，则可由求得光栅相邻纹槽之间的间距以及光栅的纹槽密度。 实验内容与要求 1．利用双面小平面镜调节激光和测角仪中心平台都垂直转轴 （1）通电开启激光器，在测角仪中心竖一签字笔，手握激光器仔细调节，使激光光点打到测角仪竖直轴线上。 （2）在载物台中心放置双面小平面镜，通过双面小平面镜调节激光、载物台面与测角仪转轴垂直。调节后应使载物台旋转前后平面镜反射光点都会回到激光器出孔。 2．测定透射光栅缝间间距及缝密度 （1）放置透射光栅于载物台中心，使激光束照射在透射光栅上。转动载物台，使光栅与激光束垂直，0级反射光返回激光器。 （2）调节定位狭缝宽度大小合适。转动狭缝定位装置，确定衍射光束的衍射方向，当衍射光束通过狭缝的光强在光屏上为最强时，测读角位置读数。 （3）分别测读级、级、级、级衍射光束的角度位置读数，读数时，应分别从角刻度盘和两个游标盘读取相应的角度位置读数,、,、,和,。 （4