光栅特性与波长测量.pptVIP

二、背景介绍 2、光栅光谱 ? 当入射光为单色光时，我们所观察到的衍射图样将是平行排列的细锐亮线。当入射光为复色光时，只有在k＝0，即θ＝0 的方向，各种波长的中央主极大会重合。对k的其他值，不同波长的主极大出现在衍射角不同的方位，由此形成的光谱称为光栅光谱。如果已知光栅常数d，级数k，精确测定光谱线的衍射角就可确定光波的波长。反之也可由已知的波长确定光栅常数。 ? 3、光栅的特性 ? 光栅作为分光光学元件，角色散是其重要特性之一。光栅的色散能力可用角色散D表征，即单位波长间隔的两条单色谱线间的角间距： D＝Δθ/Δλ 将光栅方程对θ、λ微分也可得到光栅的角色散： D＝k/cosθ ? 4：附录 四、实验仪器 五、实验内容 1. 基本实验内容和实验程序； 2. 对实验数据处理的要求； 3. 扩展内容。 六、必威体育精装版进展 1．光谱学及其应用 （1）光谱的分类：线状、带状、连续 （2）光谱学方法随着能量范围的变化相应地发展各种波谱学技术。 （3）在实验上，用光栅分光镜观察光栅光谱，测定光谱中各谱线的波长及相对强度，可以确定发光物质的成分及含量。光栅对于近代物理的知识贡献很大，几乎没有别的仪器能赶上它。  2．X射线的衍射 X射线是电磁波，也可以产生干涉、衍射等现象。 X射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。 在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。 1953年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用 X 射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核 酸（DNA） 的双螺旋结构，荣获了1962 年度 诺贝尔生物和医学奖。 l? 若晶体d已知，测得φ，可得X射线的波长 ——光谱分析法 l? 若X射线波长已知，测得φ，可知晶体结构 ——分析晶体结构 ? * * （一）预备问题（针对实验原理、仪器操作等） 1、分光计调整的要求是什么？如何实现？ 2、公式dsinθ＝kλ (k=0,1,2,……)成立的条 件是什么？实验中如何满足这个条件？ 一、开篇设问 （二）学生容易出错的问题： 如果光栅平面和入射光平面不垂直，对测量结果有无影响？如果有影响，具体谈谈是怎样的影响？ 2. 如果平行光管的狭缝过宽对实验有什么影响？ （三）课后要思考的问题或扩展问题： 在这个实验中都采取了哪些措施提高测量数据的准确度？ 2. 你还能想到哪些提高测量精度的方法？ （一）光的衍射（Diffraction of light） 定义: 光在传播过程中能绕过障碍物的 边缘而偏离直线传播的现象——光的衍射 ? ‘光线’拐弯了！ (2) 夫琅和费衍射 (1) 菲涅耳衍射 （二） 两类衍射方式: * S 衍射屏 观察屏 衍射屏 观察屏 * S 近场衍射 远场衍射 夫琅和费 (Joseph von raunhofer 1787—1826) 夫琅和费是德国物理学家。1787年3月6日生于斯特劳宾，父亲是玻璃工匠，夫琅和费幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年开始在光学作坊当光学机工，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。夫琅和费自学成才，一生勤奋刻苦，终身未婚，1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世。 夫琅和费集工艺家和理论家的才干于一身，把理论与丰富的实践经验结合起来，对光学和光谱学作出了重要贡献。1814年他用自己改进的分光系统，发现并研究了太阳光谱中的暗线（现称为夫琅和费谱线），利用衍射原理测出了它们的波长。他设计和制造了消色差透镜，首创用牛顿环方法检查光学表面加工精度及透镜形状，对应用光学的发展起了重要的影响。他所制造的大型折射望远镜等光学仪器负有盛名。他发表了平行光单缝及多缝衍射的研究成果（后人称之为夫琅和费衍射），做了光谱分辨率的实验，第一个定量地研究了衍射光栅，用其测量了光的波长，以后又给出了光栅方程。 两个单缝衍射的干涉！强度重新分布。 二、双缝衍射的强度分布 一、双缝衍射现象： p?点的合振幅为： p?点的光强为： 设缝宽为a，缝间距为d x 衍射因子 干涉因子 双缝衍射的强度分布图 三、双缝衍射的衍射图样 a b x f 0 屏 ? a b + ? ? 衍射角 (a+b) sin ?——相邻两缝光线的光程差 三、实验原理 1、光栅常数和光栅方程 光栅常数是光栅的主要参数。设衍射光栅缝宽为a，相邻狭缝间 不透光部分的宽度为b，则缝间距d＝a＋b，即为光栅常数。 根据夫琅和费衍射理论，波长λ的平行光束垂直投射到光栅平面上时，光波将在每条狭缝处产生衍射，各缝的衍射光在叠加处又会产生