物理实验研究性报告 - 衍射光栅实验非垂直入射误差分析.doc

衍射光栅实验非垂直入射误差分析 *** （北京邮电大学电子工程学院，北京市 邮编：100876） 摘 要：衍射光栅由大量相互平行，等宽，等间距的狭缝组成，它利用多缝衍射原理使光发生色散。由于它具有较大的角色散和较高的分辨本领，已经被广泛用于各种光谱仪中。本文对衍射光栅实验数据进行了基础的分析，此外还探究了平行光未精确垂直入射光栅对结果的影响。 关键字：光栅；衍射；非垂直；误差； 中图分类号：O436.1 文献标识码：A Non-normal incidence error analysis of diffraction grating experiment *** (Beijing University of Telecommunication, School of Electronic Engineering, Beijing, 100876, China) Abstract：Diffraction grating is constituted by a large amount of slits which are of equal width, equally spaced, and paralleled to each other. It uses multi-slit diffraction theory to make light dispersion occurs. Because it has a larger angular dispersion and high resolving power, it has already been widely used in a variety of spectrometers. This paper explore the influence of the parallel incident light is not precise vertical grating on the results , in addition to the basic analysis of the experimental data of the diffraction grating. Keywords: grating; diffraction ; non-normal incidence; error； 引言 衍射光栅是极其精密的光谱分光元件，作为各种光谱仪器的核心元件广泛应用于石油化工，医药卫生，食品，生物，环保等国民经济和科学研究的各个领域。因此，对衍射光栅的实验研究具有重要意义。在大学的物理实验中，衍射光栅实验成为一个必不可少的实验，它有利于培养学生的对实验现象的观察能力及科学实践动手能力。 图 SEQ 图 \* ARABIC 1衍射现象可以分为两种：菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。衍射光栅实验借助于分光计和光栅测量波长，属于夫琅禾费衍射的范畴。所谓夫琅禾费衍射是指观察点和光源都是无限远时的衍射现象，本实验通过分光计的望远镜的会聚作用将观察范围缩小至实验台上。本文在光栅衍射实验基础上进行基本数据处理和误差分析 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 实验目的 观察光的衍射现象，加深对光栅衍射原理的理解； 进一步熟悉分光计的调节和使用； 学会测量平面透射光栅的光栅常数； 会用平面透射光栅测定光波波长； 学习测量光栅的角色散； 实验原理 3.1衍射光栅和光栅方程 平面透射光栅是由大量等宽、等距、排列紧密的平行狭缝构成，能将入射的复色光按波长的大小以不同的角度衍射而达到分光的目的。设缝宽为a，相邻两缝间不透光部分的宽度为b，d = a + b称为光栅常数。 如图1所示，一束平行单色光与光栅法线成θ角入射到光栅平面上时，通过每一条狭缝的光线发生衍射现象，通过许多狭缝衍射后的平行光，用会聚透镜会聚，则产生干涉现象。如果在透镜焦平面上的会聚点P处的光振动是加强的，就会产生明条纹。明条纹实际上是光源狭缝的衍射像，是一条锐细的亮线。其光程差CA+AD等于波长的整数倍kλ，即 dsinφk+sinθ 式(1)称为光栅方程，式中的加号表示衍射光和入射光在光栅法线的同一侧，减号表示两者分别在法线的两侧。 如果光线垂直入射，θ=0，则光栅方程简化为 dsinφk=kλ 式(2)中，k为衍射光谱的级数，k=0，±1，±2，…；φk为第k级谱线的衍射角。 如果入射光不是单色光，则由上式可以看出光的波长不同，其衍射角φk也各不相同，于是复色光将被分解。而在中央k=0，φk=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着k=1,2…级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组色彩谱线，这样复色光就被分解成为单色光，如图2所示。 图 SEQ