衍射光栅实验报告，谢谢

衍射光栅实验报告，谢谢~

　　全息光栅的制作（实验报告）完美版 (2009-10-12 23:25:34)转载
　　标签： 光栅 干片 发散镜 双缝 白屏 教育
　　设计性试验看似可怕，但实际操作还是比较简单的~
　　我的实验报告，仅供参考~


　　实验报告封面


　　全息光栅的制作

　　一、 实验任务
　　设计并制作全息光栅，并测出其光栅常数，要求所制作的光栅不少于每毫米100条。

　　二、 实验要求
　　1、设计三种以上制作全息光栅的方法，并进行比较。
　　2、设计制作全息光栅的完整步骤（包括拍摄和冲洗中的参数及注意事项），拍摄出全息光栅。
　　3、给出所制作的全息光栅的光栅常数值，进行不确定度计算、误差分析并做实验小结。

　　三、 实验的基本物理原理
　　1、光栅产生的原理
　　光栅也称衍射光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果（如图1）。


　　图1
　　2、测量光栅常数的方法：
　　用测量显微镜测量；
　　用分光计，根据光栅方程d·sin =k 来测量；
　　用衍射法测量。激光通过光栅衍射，在较远的屏上，测出零级和一级衍射光斑的间距△x及屏到光栅的距离L，则光栅常数d= L/△x。

　　四、 实验的具体方案及比较
　　1、洛埃镜改进法：
　　基本物理原理：洛埃镜的特点是一部分直射光和另一部分反射镜的反射光进行干涉，如原始光束是平行光，则可增加一全反镜，同样可做到一部分直射光和一部分镜面反射光进行干涉，从而制作全息光栅。
　　优点：这种方法省去了制造双缝的步骤。
　　缺点：光源必须十分靠近平面镜。
　　实验原理图：


　　图2

　　2、杨氏双缝干涉法：
　　基本物理原理：S1，S2为完全相同的线光源，P是屏幕上任意一点，它与S1，S2连线的中垂线交点S'相距x，与S1，S2相距为rl、r2，双缝间距离为d，双缝到屏幕的距离为L。
　　因双缝间距d远小于缝到屏的距离L，P点处的光程差：


　　图3

　　δ=r2-r1=dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ
　　这是因为θ角度很小的时候，可以近似认为相等。
　　干涉明条纹的位置可由干涉极大条件δ=kλ得：
　　x=(L/d)kλ,
　　干涉暗条纹位置可由干涉极小条件δ=(k+1/2)λ得：
　　x=(D/d)(k+1/2)λ
　　明条纹之间、暗条纹之间距都是
　　Δx =λ(D/d)
　　因此干涉条纹是等距离分布的。
　　而且注意上面的公式都有波长参数在里面，波长越长，相差越大。
　　条纹形状：为一组与狭缝平行、等间隔的直线（干涉条纹特点）d= L/△x
　　优点：使用激光光源相干条件很容易满足。
　　缺点：所需的实验仪器较复杂，不易得到。
　　实验原理图：


　　图4

　　3、马赫—曾德干涉仪法：
　　基本物理原理：只要调节光路中的一面分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。
　　优点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验效果不错，易于学生操作。
　　缺点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验可能不够精确。
　　实验原理图：


　　图5


　　五、 仪器的选择与配套
　　综合考虑各方面条件，本次试验采用马赫—曾德干涉仪法，所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面和白屏、光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子。

　　六、 实验步骤
　　（一）制作全息光栅
　　1.打开He-Ne激光发射器，利用白屏使激光束平行于水平面。
　　2.调节发散镜和激光发射器的距离使激光发散。
　　3.调节凸透镜和发散镜的距离使之等于凸透镜的焦距，得到平行光。
　　4. 调节2面半反半透镜和2面全反镜的位置和高度，使它们摆成一个平行四边形（如图5）。
　　5.调节半反半透镜和全反镜上的微调旋钮，使得到的2个光斑等高，且间距为4-6cm。
　　6. 测出实验中光路的光程差△l。
　　（在实验中我们测得的光路的光程差△l=1.5cm）
　　（二）拍摄全息光栅
　　1.挡住激光束，把干片放在架子上，让激光束照射在干片上1-2秒，挡住激光束，把干片取下带到暗房中。
　　2.把干片泡在显影液中适当的时间（时间长度由显影液的浓度决定），取出，用清水冲洗，在泡在定影液中约5分钟。取出，冲洗后晾干。
　　3.用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，说明此干片可以用于测定光栅常数。
　　（三）测定所制光栅的光栅常数
　　实际图：


　　此图参照老师所给实验内容报告上的图来画
　　图6

　　原始数据表：

　　x
　　1
　　2
　　3
　　4
　　5
　　6
　　r（cm）
　　23.81
　　24.12
　　23.93
　　24.24
　　23.65
　　23.66
　　h（cm）
　　144.36
　　144.65
　　143.84
　　144.03
　　144.52
　　144.11


　　计算过程：


　　七、实验注意事项
　　1、不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛。
　　2、半导体激光器工作电压为直流电压3V，应用专用220V/3V直流电源工作(该电源可避免接通电源瞬间电感效应产生高电压的功能)，以延长半导体激光器的工作寿命。

　　八、 实验总结
　　设计型实验，原先并没有接触过。以前的实验，都是了解了书上介绍的实验原理后，严格按照书上的详细步骤来做的，不需要自己去思考和研究太多的东西。这一次准备设计型实验，让我锻炼了好多方面的能力。首先，书上给出的只有简单而概括的指导，所有的东西都要自己去查资料，去想办法解决。连试验究竟是怎么回事都不知道的情况下，要先去网上大概了解实验内容和原理，然后查阅相关文献，具体研究实验方案。尤其，这次的试验，需要我们自己提供三种以上的不同实验方案，进行细致比较之后选定一种。这就要求我们熟悉和掌握每种方案的原理、具体操作步骤和对应的优点缺点，逐一分析比较之后，在将自己的选定方案展开。这一系列过程要花费大部分时间在图书馆，因为要在浩瀚的文献中找到自己需要的，对于我这个还没上完科技文献检索课的学生来说，真的有点困难。我的报告中，有一部分资料来源于互联网，然而网上的东西又不完全符合我的要求，修修改改，总算弄得差不多了。其实，自己明白了原理，按照自己预先设计好的方案进行实验，在具体操作过程中，问题并不大，可以说，做让人费神的是预习时候的实验报告的书写。现在，实验已经基本做完，感觉收获却是很大。以后，对于设计型实验，也可以更熟练的进行了。
　　想说，在进行实验的全部过程中，科学和严谨的态度是最重要的，不可以在不明白的情况下进行试验，不可以在数据有问题的情况下继续试验，后期的实验数据处理，也要认真对待。

衍射光栅实验报告包括实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理及衍射光栅实验结论。具体如下：

1、实验名称：

光栅衍射。

2、实验目的：

（1）进一步掌握调节和使用分光计的方法。

（2）加深对分光计原理的理解。

（3）用透射光栅测定光栅常数。

3、实验仪器：

分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器）。

4、实验原理：

光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）构成的，是单缝的组合体。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻画而成。光栅上的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。

原制光栅价格昂贵，常用的是复制光栅和全息光栅。为刻痕的宽度,为狭缝间宽度,为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度，即光栅的单位长度上的条纹数，如某光栅密度为1000条/毫米，即每毫米上刻有1000条刻痕。

5、实验结论：

光栅光谱具有如下特点：光栅常数d越小，色散率越大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的色散率；衍射角很小时，色散率D可看成常数，此时，Δ与Δ成正比，故光栅光谱称为匀排光谱。

扩展资料：

衍射光栅实验的相关介绍：

一个理想的衍射光栅可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成，狭缝之间的间距为d，称为光栅常数。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次波源的角色；从这些次波源发出的光线沿所有方向传播（即球面波）。

由于狭缝为无限长，可以只考虑与狭缝垂直的平面上的情况，即把狭缝简化为该平面上的一排点。衍射光栅是光栅的一种。它通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位（或两者同时）受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪上。

则在该平面上沿某一特定方向的光场是由从每条狭缝出射的光相干叠加而成的。在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光的在干涉点的相位都不同，它们之间会部分或全部抵消。

然而，当从相邻两条狭缝出射的光线到达干涉点的光程差是光的波长的整数倍时，两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象。

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