实验八光栅特性的研究 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.它由大量相互平行、等宽、 等距的狭缝（或刻痕）组成.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：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， 【实验目的】 1.进一步熟悉光学测角仪的调整和使用： 2.测量光栅的特性参数： 3.从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的 衍射现象。 【实验原理】 1.光栅衍射 有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元 件成为光栅.设光栅的总缝数为N,缝宽为a, 缝间不透光部分为b,则缝距d=a+b,称为光 栅常数.按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平 行光垂直入射到光栅平面上时，通过不同的缝， 光要发生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍 射，且N条缝的N套衍射条纹通过透镜后将完 全重合.如图1所示，当衍射角0满足光栅方 程dsin0=k(k=0、1、±2、…)时，任 两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮 的主极大明条纹 图1光栅衍射光路图 2.光栅光谱 单色光经过光栅行射后形成各级主极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍射谱.如果 用复色光照射，由光栅方程可知不同波长的同一级谱线（零级除外）的角位置是不同的， 并按波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样的一组谱 线.在较高级次时，各级谱线可能相互重叠.光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为 光栅光谱. 评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领. (1)w= do 称为光栅的角色散率，由dsino=k2可知 w=d、k (1) da d cos p (2)根据瑞利判据，光栅能分辨出相邻两条谱线的能力是受限制的，波长相差△的两条 相邻的谱线，若其中一条谱线的最亮处恰好落在另一条谱线的最暗处，则称这两条谱线能 -44-实验八 光栅特性的研究 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．它由大量相互平行、等宽、 等距的狭缝（或刻痕）组成．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；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． 【实验目的】 1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用； 2．测量光栅的特性参数； 3．从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的 衍射现象． 【实验原理】 θ d O d P 图 1 光栅衍射光路图 1．光栅衍射 有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元 件成为光栅．设光栅的总缝数为 N，缝宽为 a， 缝间不透光部分为 b，则缝距 d = a + b，称为光 栅常数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平 行光垂直入射到光栅平面上时，通过不同的缝， 光要发生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍 射，且 N 条缝的 N 套衍射条纹通过透镜后将完 全重合．如图 1 所示，当衍射角θ 满足光栅方 程 dsinθ = kλ（k = 0、±1、± 2、 …）时，任 两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮 的主极大明条纹． 2．光栅光谱 单色光经过光栅衍射后形成各级主极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍射谱．如果 用复色光照射，由光栅方程可知不同波长的同一级谱线（零级除外）的角位置是不同的， 并按波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样的一组谱 线．在较高级次时，各级谱线可能相互重叠．光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为 光栅光谱． 评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领． （1） λ ϕ ψ d d = 称为光栅的角色散率，由 dsinϕ = kλ 可知 pd k k d d cos == λ ϕ ψ （1） （2）根据瑞利判据，光栅能分辨出相邻两条谱线的能力是受限制的，波长相差Δλ的两条 相邻的谱线，若其中一条谱线的最亮处恰好落在另一条谱线的最暗处，则称这两条谱线能 - 44 -