实验：一维平面反射光栅衍射测量激光波长-实验报告.docVIP

实验： 一维平面反射光栅衍射测量激光波长 一．实验目的 1.观察光栅衍射现象。 2.利用一维平面反射光栅衍射测量激光波长。 二．实验原理 光栅衍射： 光栅：屏函数是空间的周期函数的衍射屏，即具有周期性结构的衍射 屏。一般常用的刻划光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕 为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。 透射光栅：利用透射光衍射 反射光栅：利用反射光衍射。比如，在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光。直尺表面刻痕可看作“一维平面反射光栅” 平面反射光栅衍射： 激光笔输出光以大角度斜入射到镜面（如家中光滑桌面）时，反射 光在观察屏（如墙面）上形成一个光斑。 激光笔输出光以大角度斜入 射到平面反射光栅表面(如直尺)，在观察屏(墙面)上会看到一排规则排列的衍射光斑。 激光笔输出光以大角度斜入射到直尺表面刻度线 形成的一维平面反射光栅时，直尺表面A位置和B位置的光到达观察屏C位置时的光程差可以写作：= OBC-OAC=d（cos-cos）， 由光栅衍射原理可知，当光程差为零或者为入射光波长的整数倍 时，即= k(k= 0, 1, 2, 3,...) 时，观察屏上就会出现亮斑。 = OBC-OAC=d（cos-cos）=d（-），d 是直尺表面刻度线形成的反射光栅常数(通常为0.5 mm或者1 mm)，是激光笔出光口到直尺表面的垂直距离，是激光笔出光口到直尺表面光斑中心的水平距离，是观察屏上衍射斑到直尺表面的垂直距离，是观察屏到直尺表面光斑中心的水平距离。上述物理量在实验上都是容易测量得到的。 实验主要步骤或操作要点 实验器材1. 低功率激光笔（最好是发红光）； 一把最小分度值为0.5mm或1mm钢尺（或塑料尺）作为“一维平面反射光栅”； 墙面作为观察屏（与直尺表面的垂直距离大于1 m）； 4. 另一把直尺，用于测量和； 5. 一把卷尺，用于测量和； 实验步骤： 1. 搭建并调节实验光路：初始时，激光笔输出光垂直于观察屏（墙面）；然后将激光笔出光口稍微向下倾斜，大角度入射到直尺0刻线所在边缘，根据观察到的衍射斑调整光路，保证衍射斑沿竖直方向分布。 2. 分别观测并拍摄直尺表面分度值为0.5mm或1mm(二选一即可)的刻度线(相当于平面反射光栅常数d分别为0.5mm 或1mm)反射光形成的衍射斑阵列，测量0,±1,±2级衍射斑中心位置距离桌面（直尺表面）的垂直距离及相关物理量、、、(各物理量均单次测量即可)。 注意事项：禁用大功率激光笔！！实验中禁止将激光聚焦！！ 做好激光防护，既要保护自己，也要避免误伤他人！ 严禁用眼睛直视激光束，以免造成视网膜损伤。 近距离长时间观察激光光束及其散射光，会使眼睛感到疲惫。 观察屏平面垂直于桌面和直尺表面。 在正常光线下调节光路，暗环境下测量时衍射斑更加清晰可辨。 四．实验数据 本实验采用d=0.5mm分度值的钢板尺作为反射面进行光栅衍射。卷尺精确到毫米刻度。 各级衍射条纹对应在观察屏刻度尺上的高度读数/cm /cm /cm /cm /cm /cm 5.82 5.51 6.14 5.20 6.48 /cm 15.50 /cm 35.95 /cm 2.51 五．数据处理 各级衍射条纹对应在观察屏刻度尺上的高度读数/cm /cm /cm /cm /cm /cm 5.82 5.51 6.14 5.20 6.48 /cm 15.50 /cm 35.95 /cm 2.51 = OBC-OAC=d（cos-cos）=d（-），将表格中上述数据代入上述公式，d=0.5mm可得=0m，=6.582770xm，=13.396979xm，=-6.671856xm，=-13.002354xm，由= k可知=0，=6.382770xm,=6.698490xm,=6.471856xm, =6.501177xm，=6.513572xm，=6.5xm计算的不确定度：==0.0782456xm，相对误差E=1.201217%，P=68.3%。 用Excel表格作图如下：纵轴单位为1xm，可以看出与k近似成线性关系。 经计算机线性拟合可知，=6.513580xm，基本与上述计算的平均值一致。 实验结论及现象分析 结论：激光笔的波长=（6.5135720.0782456）xm，E=1.201217%，P=68.3%。经查阅激光笔说明书可知，此结果与说明书上的波长650nm相差不到1%，因此达到了实验目的。 现象分析：在经过刻度尺衍射的观察屏上的衍射斑中，在主极大周围，靠上侧的是-1，-2，…等级衍射斑，