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棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

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三棱镜折射率与入射光波长关系的研究

三棱镜折射率与入射光波长关系的研究 一、实验要求 已知棱镜顶角,用什么方法测量它的折射率?作出折射率—波长关系曲线。 二、实验目的 1、用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率; 2、探究折射率与入射波长的关系。 三、实验仪器 分光计、光源(汞灯)、三棱镜、平面镜 四、实验原理 三棱镜如图02-16所示,AB和AC是透光的光学表面,又称折射面,其夹角称为三棱镜的顶角;BC为毛玻璃面,称为三棱镜的底面。 1、最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率 如图所示,假设有一束单色平行光LD 入射到棱镜上,经过两次折射后沿ER方向 射出,则入射光线LD与出射光线ER间的夹 角称为偏向角. 转动三棱镜,改变入射光对光学面AC 的入射角,出射光线的方向ER也随之改变, 即偏向角发生变化.沿偏向角减小的方 向继续缓慢转动三棱镜,使偏向角逐渐减 小;当转到某个位置时,若再继续沿此方 向转动,偏向角又将逐渐增大,此位置时 偏向角达到最小值,称为最小偏向角.

可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角 的关系式为: ()2 sin 21 sin min α αδ+= n 利用三棱镜的顶角α=60°及测出最小偏向角min δ,即可由上式算出棱镜材料的折射率n 。 实验中汞灯发出的是由波长为671(橙光)、546(绿)、435(蓝)、404(蓝紫)组成的复色光。测出各波长色光通过三棱镜的最小偏向角,进而可求出 各波长色光通过三棱镜的折射率n 。 五、实验内容与步骤 分光计的调节: 分光计由五部分组成:三脚架座、望远镜、载物平台、平行光管和游标盘.其结构见图02-21和图02-22 图02-21 1.平行光管 2. 载物台 3.刻度盘 4. 望远镜 5. 狭缝宽度调节旋钮 6. 望远镜目镜锁紧螺钉 7. 目镜视度调节手轮 8. 望远镜目镜体前后移动手轮 9. 望远镜水平调节螺钉 10. 载物台锁紧螺钉11. 狭缝体锁紧螺钉 12. 狭缝体系统前后移动手轮13. 游标盘微调螺钉14. 平行光管水平调节螺钉15. 望远镜止动螺钉16. 望远镜光轴高低调节螺钉 17. 小棱镜照明系统18. 刻度盘微调螺钉19. 刻度盘止动螺钉20. 游标盘调平螺钉 21. 游标盘止动螺钉22. 平行光管轴高低调节螺钉 分光计读数系统由主刻度盘(刻度范围0-360度,分度值0.5度)与游标盘(游标读数示值1分)组成 .

光栅衍射实验实验报告

工物系 核11 李敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验 一、 实验目的 (1) 进一步熟悉分光计的调整与使用; (2) 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3) 加深理解光栅衍射公式及其成立条件; 二、 实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长 如右图所示,有一束平行光与光栅的法线成i 角,入射到光栅上产生衍射;出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹,其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍,即 ()sin sin d i m ?λ ±= (1) m 为衍射光谱的级次, 3,2,1,0±±±.由这个方程,知道了λ?,,,i d 中的三个 量,可以推出另外一个。 若光线为正入射,0=i ,则上式变为 λ ?m d m =sin (2) 其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。 据此,可用分光计测出衍射角m ?,已知波长求光栅常数或已知光栅常数求 波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长 如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧,(1)式中应取加号,即d (sin φ+sin ι)=mλ。以Δ=φ+ι为偏向角,则由三角形公式得 2d (sin Δ 2cos φ?i 2 )=mλ (3) 易得,当φ?i =0时,?最小,记为δ,则(2.2.1)变

为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ (4) 由此可见,如果已知光栅常数d ,只要测出最小偏向角δ,就可以根据(4)算出波长λ。 三、 实验仪器 3.1分光计 在本实验中,分光计的调节应该满足:望远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。 3.2光栅 调节光栅时,调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表 2.使用注意事项 (1)水银灯在使用中必须与扼流圈串接,不能直接接220V 电源,否则要烧 毁。 (2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭,否则会降低其寿命。 (3)水银灯的紫外线很强,不可直视。 四、 实验任务 (1)调节分光计和光栅使满足要求。 (2)测定i=0时的光栅常数和光波波长。 (3)测定i=15°时的水银灯光谱中波长较短的黄线的波长

试验20棱镜的色散关系

实验26 棱镜的色散关系 折射率是描述透明介质的重要光学常数。折射率与介质的分子结构、密度、温度、浓度等有关,也与光的波长有关,折射率是波长的函数。 测量介质折射率的方法很多,我们已学过用最小偏向角法测棱镜折射率,本实验介绍在任意入射角下测量棱镜折射率的方法。 实验目的 1.学会用自准法调整分光计,测量三棱镜顶角; 2.学会在任意入射角下测定棱镜材料的折射率; 3.了解棱镜的色散关系。 实验仪器 分光计、三棱镜、汞灯 实验原理 1.色散关系 光与物质相互作用的一个表现是,介质中的光速与波长有关,即折射率与波长有关。这种现象叫做色散。牛顿(I.Newton )发现了光的色散现象。他令一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜,在棱镜后的屏上得到一条彩色光带。光的色散表明,不同颜色(波长)光的折射率不同。即折射率n 是波长的函数 )(λf n = 为表征介质折射率随波长变化的程度,我们引进色散率ν,它在数值上等于介质对于波长差为1单位的两光的折射率之差,即 2121n n n νλλλ -?==-? (1) 或 d d ()d d n f λν λλ == (2) 表示折射率n 与波长关系的色散曲线, 首先是从实验上获得的。早期,对常用的 介质进行测量,发现它们的色散曲线十分 相似,如图1所示。波长增加时,折射率 和色散率都减小,这样的色散称为正常色 散。所有不带颜色的透明介质,在可见光 区域内,都表现为正常色散,即紫光折射率比红光大些。可以猜想,色散曲线显示出某种具有普遍意义的规律。[1] 描述正常色散的公式是柯西(A.L.Cauchy )于1836年提出的: 24B C n A λλ=++ (3) 这是一个经验公式。式中A 、B 和C 是由所研究的介质材料的特性决定的常数,叫做 图1 色散曲线

对透射闪耀光栅的傅里叶分析

对透射闪耀光栅的傅里叶分析 【摘要】一般的透射光栅光谱的缺点是,没有色散的零级主极大占去了入射能量中的很大一部分,剩下的能量又要分配到正负各级主极大上,造成用来分析的有色散的那些谱线中只分配到很小的能量。在实际的应用中,要设法把能量集中分配到所要利用的那级光谱中,闪耀光栅就是为此目的设计的。研究从不同方向入射透射闪耀光栅的透射函数,利用傅里叶光学,从理论上分析透射闪耀光栅衍射图样的复振幅和光强分布与闪耀角及波长的关系。 【关键词】透射闪耀光栅;闪耀角;波长 Abstract:the general transmission grating spectroscopy of disadvantage is that not the dispersion of the zero level great Lord takes up a large part of the incident energy,the remaining energy to be assigned to all levels of the main great,used for analysis of dispersion of the spectral line caused by assigned to only small fraction of energy.In the actual application,try to focus your energy allocation to have to use the magnitude spectrum,blazed grating is designed for this purpose.Research from different direction incident transmission of blazed grating transmission function,using the Fourier optics,theoretically analyzed transmission blazed grating diffraction pattern of complex amplitude distribution of light intensity and blaze Angle and the relationship between the wavelength. Keywords:transmission blazed grating;blaze Angle;wavelength 1.引言 最早的光栅要归功于美国天文学家李敦豪斯。1786年,他在两根由钟表匠制作的细牙螺丝之间,平行地绕上细丝,在暗室里透过它去看百叶窗上的小狭缝时,观察到三个亮度差不多相同的像,在每边还有几个另外的像,“离主线越远,它们越暗淡,有彩色,并且有些模糊。”他实际上制成了透射光栅,还在费城做了光栅实验。他制作的最好光栅,约为4.3线/mm。1801年杨氏在“光的理论”一文中,介绍了他研究光栅的情况,他利用一块刻有相邻间隔约为0.05mm的一系列平行线的玻璃测微尺,当作光栅。1813年,他认识到所观察到的彩色是由于相邻刻线的微小距离所致。1821年,夫琅和费发现衍射角与丝的粗细或缝宽窄无关,而只与这两者之和即光栅常量d有关。1867年卢瑟福设计了以水轮机为动力的刻划机,制作的光栅优于当时最好的光栅;1870年他在50mm宽的反射镜上用金刚石刻刀刻划了3500槽,这是第一块分辨率和棱镜相当的光栅;1877年他制出了680线/mm的光栅。19世纪80年代,罗兰为了系统地测量光谱线的波长,致力于光栅刻划技术的提高,制成了优良的衍射光栅。1920年,伍德研究出通过改进光栅刻槽的形状,即利用“闪耀”技术,大大提高光栅的衍射效率。经过一代又一代物理学家的不懈努力,光栅已成为实用的分光元件,在光谱学研究中发挥了重要作用。

初中物理光的色散实验

【目的和要求】 通过实验认识光的色散现象: 1.白光是复色光,通过棱镜后分解成各种色光: 2.把各种颜色的色光合在一起可以得到白光; 3.单色光不能再分解成其他的色光。 【仪器和器材】 三棱镜、白色光屏(可用白墙代替)、凸透镜、平面镜、狭缝、红色玻璃和蓝色玻璃,或“白光的色散与合成演示器”。 【实验方法】 1.用平面镜引入一束日光,通过狭缝照到三棱镜上,如图2.10-1所示。调整棱镜的方位,在白色光屏上可以看到白光通过棱镜折射后得到的彩色光带。把白纸放在棱镜前,让学生看到照到棱镜上的光是白光,由此得知白光通过棱镜 折射后分解成各种颜色的色光。 2.在棱镜和光屏中间放一个凸透镜,调整凸透镜的位置,使得由三棱镜射出的各种颜色的色光都会聚在光屏上,得到白色的亮条,表明各种颜色的色光合 在一起成为白光。 3.在狭缝前放置红色玻璃(或蓝色玻璃),用白纸显示出照在三棱镜上的光是红光(或蓝光),通过三棱镜后,光改变了传播方向,但不分解,仍然是红 光(或蓝光)。 【注意事项】

1.仪器要在课前组装调整好,下面的调整顺序可供参考。按图2.10-2所示大致先摆好平面镜、棱镜和光屏的位置。转动平面镜使一束日光照到棱镜上,再稍稍转动棱镜的方位,在光屏上就可以见到彩色的光带。最后再在棱镜前面放上狭缝,调整狭缝的宽度,使得光屏上的几种颜色分辨得更清楚。要注意,狭缝的宽度要适当,例如3~5毫米左右。缝越宽,屏上光带的亮度越强,但是不同色光的光带会重叠,几种颜色不容易完全辨清。 2.日光的强度高,平行度好,而且日光的色温较高,是理想的白光光源,实验容易做好,如果狭缝取宽一些,实验可在一般教室中进行。光源也可以用普通平行光源来代替,由于白炽灯的色温较低,光的颜色偏黄,同时,光的强度也 较弱,实验需在暗室中进行。 3.用凸透镜把各种颜色的色光合成为白光的实验原理,如图2.10-3所示。如果在棱镜的出射面上加一个光阑,从出射面的AB部分射出的光通过光阑后照到凸透镜上。调整凸透镜的位置,使AB成实像于光屏上,实像A′B′是白色的。棱镜的出射面AB上的每一点发出的光包含了从该点射出的各种色光,并且这些不同的色光出射角是不相同的。经过凸透镜的折射,会聚在光屏上相应的像点处,每个像点都是由各种色光会聚的,因此,像A′B′是白色的。 实验时,应选择通光口径φ和焦距f都大一些的凸透镜。三棱镜出射光的侧面与光屏的距离要略大于透镜4倍焦距。调整凸透镜的位置,使棱镜出射光的侧

光栅的选择与分析

最基础的光栅方程如下: (1-1) 在大多数单色仪中,入口狭缝和出口狭缝位置固定,光栅绕其中心旋转。因此,分离角D V成为常数,由下式决定, (1-2) 对于一个给定的波长l,如需求得a和b,光栅方程(1-1)可改写为: (1-3) 假定D V值已知,则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出,参看图1.1、1.2和第2.6节。 图 1.1 单色仪结构示意

图 1.2 摄谱仪结构示意 L = 入射臂长度 A L = 波长l n处出射臂长度 B b =光谱面法线和光栅面法线的夹角 H L =光栅中心到光谱面的垂直距离 H 1.2 角色散 rad/nm (1-4) dβ = 两个不同波长衍射后角度的差值(弧度) dλ = 两个波长的差值(nm) 1.3 线色散 线色散定义为聚焦平面上沿光谱展开方向单位长度对应的光谱宽度,单位是nm/mm,?/mm,cm-1/mm。以两台线色散不同的光谱仪为例,其中一台将一段0.1nm宽的光谱衍射展开为1mm,而另一台则将10nm宽的光谱衍射展开为1mm。 很容易想象,精细的光谱信息更容易通过第一台光谱仪得到,而非第二台。相比于第一台的高色散,第二台光谱仪只能被称为低色散仪器。线色散指标反映了光谱仪分辨精细光谱细节的能力。 中心波长l在垂直衍射光束方向的线色散可表示为: nm/mm (1-5) 式中L B为等效出射焦距长度,单位mm,而dx是单位间隔,单位mm。参见图1.1。 单色仪中,L B为聚焦镜到出口狭缝的距离,或者当光栅为凹面型时光栅到出口狭缝的距离。因此,线色散与cos b成正比,而与出射焦长L B、衍射级数k以及刻线密度n这些参数成反比。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验报告 字体大小:大|中|小2007-11-05 17:31 - 阅读:4857 - 评论:6 南昌大学实验报告 ------实验日期: 20071019 学号:+++++++ 姓名:++++++ 班级:++++++ 实验名称:光栅衍射 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。 实验仪器:分光镜,平面透射光栅,低压汞灯(连镇流器) 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,其

示意图如图1所示。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划而成。光栅上

,常用的是复制光栅和 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 全息光栅。图1中的为刻痕的宽度,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。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路 图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射, 所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜, 在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 (1) 岀现明纹时需满足条件 (2) (2 )式称为光栅方程,其中:为单色光波长;k为明纹级数。 由(2 )式光栅方程,若波长已知,并能测岀波长谱线对应的衍射角,则可以求岀光栅常数 d。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的 两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长,则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角,从而在不同 的位置上形成谱线,称为光栅谱线。对于低压汞灯,它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色1=435.8nm; 绿色2=546.1 nm; 黄色两条3=577.0nm 和4=579.1 nm 。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。

光栅衍射实验报告

字体大小:大| 中| 小2007-11-05 17:31 - 阅读:4857 - 评论:6 南昌大学实验报告 --- ---实验日期: 20071019 学号:+++++++ 姓名:++++++ 班级:++++++ 实验名称:光栅衍射 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。 实验仪器:分光镜,平面透射光栅,低压汞灯(连镇流器) 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,其示意图如图1所示。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划而成。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。图1中的为刻痕的宽度, 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。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射,所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜,在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 (1) 出现明纹时需满足条件 (2) (2)式称为光栅方程,其中:为单色光波长;k为明纹级数。 由(2)式光栅方程,若波长已知,并能测出波长谱线对应的衍射角,则可以求出光栅常数d 。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长,则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角,从而在不同的位置上形成谱线,称为光栅谱线。对于低压汞灯,它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色1=435.8nm;绿色2=546.1nm;黄色两条3=577.0nm和4=579.1nm。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。 角色散率D(简称色散率)是两条谱线偏向角之差Δ两者波长之差Δ之比:

光栅衍射实验的MATLAB仿真

届.别.2012届 学号200814060106 毕业设计 光栅衍射实验的MATLAB仿真 姓名吴帅 系别、专业物理与电子信息工程系 应用物理专业 导师姓名、职称姚敏教授 完成时间2012年5月16日

目录 摘要................................................... I ABSTRACT................................................ II 1 引言 (1) 1.1 国内外研究动态 (1) 2理论依据 (2) 2.1 平面光栅衍射实验装置 (2) 2.2 原理分析 (3) 2.3 MATLAB主程序的编写 (6) 2.4 仿真图形的用户界面设计 (7) 3 光栅衍射现象的分析 (8) 3.1 缝数N对衍射条纹的影响 (8) 3.2 波长λ对衍射条纹的影响 (10) 3.3 光栅常数d对衍射光强的影响 (12) 3.4 条纹缺级现象 (13) 4 总结 (14) 参考文献 (16) 致谢 (17) 附录 (18)

摘要 平面光栅衍射实验是大学物理中非常重要的实验,实验装置虽然简单,但实验现象却是受很多因素的影响,例如波长λ,缝数N,以及光栅常数d。本文利用惠更斯一菲涅耳原理,获得了衍射光栅光强的解析表达式,再运用Matlab软件,将模拟的界面设计成实验参数可调gui界面,能够连续地改变波长λ,缝数N,光栅常数d,从而从这 3个层面对衍射光栅的光强分布和谱线特征进行了数值模拟,并讨论了光栅衍射的缺级现象,不仅有利于克服试验中物理仪器和其他偶然情况等因素给实验带来的限制和误差.并而且通过实验现象的对比,能够加深对光栅衍射特征及规律的理解,这些都很有意义。 关键词:平面光栅衍射;惠更斯-菲涅尔原理;gui;光强分布;Matlab

闪耀光栅数字微镜的设计与模拟仿真

闪耀光栅数字微镜的结构设计与模拟仿真 引言 基于MEMS 制造技术的闪耀光栅数字微镜显示技术是一种全新的显示技术, 它的基本工作原理为:平行的复合白色光线以固定的入射角照射在闪耀光栅微镜阵列上,驱动电路驱动每个像素单元的闪耀光栅微镜偏转不同角度,在特定的衍射方向上得到的R 、G 、B 以及不可见波长的光线经过成像镜头后形成彩色画面。 微镜结构设的计基本要求 闪耀光栅数字微镜显示技术的核心部件是闪耀光栅数字微镜。要达到便携应用和投影应用的目的,闪耀光栅数字微镜结构设计需满足以下基本要求。 1、 尽可能减小显示单元的尺寸 为了得到准确的基色,要求入射的复合白色光线在微镜总像素尺度范围内保持平行,否则,由于入射光线的角度偏差,将导致画面色彩的偏离。当微镜总像素尺度较小时,容易得到理想的、具有较强亮度的平行照射光线。若增加像素单元尺寸,需要更大面积的平行强光,这无疑会增加光源系统的功率和制造成本。 2、 尽可能提高像素的填充率 闪耀光栅数字微镜的填充率主要取决于像素间距,而像素间距的大小又与驱动方式有关。在MEMS 系统中,最为高效的驱动方式为静电驱动。通过在两块板上施加电压,可以在板间形成静电场,两片板间的静电力由以下公式计算。 22 021F d WLV r d εε= 式中,r ε为相对介电常数,0ε为自由空间介电常数,W 是电极板的宽,L 是电极板长,d 是电极板间的距离,V 为施加于电极板之间的电压,d F 是垂直于电极板的静电力。 从以上公式可知,静电力的大小与电极板之间的距离平方成反比,与电极板的面积成正比,降低板间距离和增加电极板面积都能增加静电力。梳状电极是增加面积的常用方式,在单镜以及扫描镜成像方式中,梳状致动器被广泛采用。通常,梳状致动器需耗用较大硅面积,对于像素阵列而言,这将极大降低填充率,无法形成可以接受的显示画面。提高静电力的更好办法是尽可能降低电极板之间的距离。 3、采用尽可能低的驱动电压 从静电力公式还可以看到,静电力的大小与驱动电压的平方成正比。提高驱动电压可以有效地提高静电力。对于便携应用,电源通常是锂电池,输出电压多为十伏以内。这就要求微镜的驱动电压也必须与之相适应,基于固定应用的220V 电压驱动电压显然不适合用于移动应用中。 4、确定的几何结构参数要确保微镜具有足够的强度和寿命 与GLV 通过光栅节距的变化来实现光线的空间调制不同,闪耀光栅微镜是通过微镜的偏转,使入射光线的入射角发生变化来实现光线的空间调制。微镜的偏转主要有变形、移动、活塞和扭转等方式。变形、移动和活塞方式通常利用材料的变形来产生,例如,在压电或聚合材料上施加电压时,能使这些材料产生较大尺度的变形,经过运动机构的作用,使材料变形转变为镜面的转动。在以上方式中,扭转轴方式以响应速度快、黏结性低、无磨损的优点被广泛采用。扭转微镜结构设计时要考虑的主要内容是要能够用尽可能低的驱动电压达到所需偏转角度的同时,还需保证特定材料的几何结构能通过剪切应力的校核。 根据材料力学,矩形截面扭转轴的扭转角由以下公式确定: GJ TL =φ 式中,T 为电极板产生的静电力引起的对于扭转轴的扭矩,L 为扭转轴支点到扭转轴镜面连接点的长度,G

三棱镜色散曲线的测定实验要求2010年4月

三棱镜色散曲线的测定 实验仪器 分光计、汞灯、三棱镜 。 预习要求及思考题 预习时请提前学习视频资料,熟悉实验仪器的结构,其中ppt,flash文件中分光镜简介、棱镜折射率测量部分必须仔细学习。(flash 文件可以用IE打开) 1.分光计为什么要用两个圆游标?测量时两个圆游标应如何摆置? 2.三棱镜在载物台上前后移动对测顶角有无影响?为什么? 3.查资料(百度、光学教程等),了解最小偏向角的物理意义.怎样准确找到最小偏向角的位置? 实验内容 1.分光计调整的目标:第一,平行光管出射平行光,第二,望远镜系统聚焦于无穷远,第三,平行光管与望远镜的光轴均与刻度盘的旋转轴垂直。 分光计的调整步骤(详细步骤见教材p78~82,或者参见视频资料以及flash): (1)粗调:先将各个调节螺丝都置于中央以保留调节余地,调节望远镜的俯仰角、 平行光管的俯仰角、载物台的俯仰角,使得三者目测基本在一个平面上,并且 都与刻度盘旋转轴垂直。 (2)用自准法把望远镜聚焦于无穷远:第一,打开电源,调节目镜手轮到最外侧, 慢慢旋进至分划板叉丝刻线和十字光标成像清晰。第二,调整分划板叉丝刻线 的方向。使两根叉丝刻线水平另外一条叉丝刻线竖直;方法:松开目镜套筒锁 定螺丝,旋转目镜套筒。第三,物镜调焦:其目的是将分划板上十字光标调整 到焦平面上,即望远镜对无穷远聚焦。方法:前后移动目镜套筒,使绿十字光 标成像清晰(初始可能是一个绿色亮斑),然后拧紧锁定螺丝。 (3)渐近法调节望远镜的光轴垂直于载物台主轴,可以采用ppt所述半趋发(即书 p81,“各调一半”)。平面镜和三棱镜两种方法都要做。调节的关键是:先弄明 白什么情况下需要怎么调节(ppt和flash上都有说明),调平台时,三个螺丝 中有的是先调好的,再调其他时不要动已经调好了的螺丝。 (4)平行光管轴线与中心转轴垂直: a.取走反射镜,将已调节好的望远镜正对着平行光管,打开钠灯,照亮狭缝。 b.松开狭缝套筒锁定螺丝,调节狭缝套筒前后位置,使望远镜视场中能看到清 晰的狭缝像(白色)。 c.旋转狭缝套筒调节狭缝方向,使狭缝像与望远镜分划板水平叉丝平行。调节 平行光管仰角螺丝,使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。至此以后,不再 碰动平行光管仰角螺丝 (5)读数系统调节:目的:使望远镜对准入射光时,刻度盘左右两边读数分别为90o 和270o。或入射光对应的刻度盘读数为θ左=90o, θ右= 270o。 2.测量棱镜顶角。测量3次。测量时将顶角置于载物台中心 3.测量汞灯各谱线对应的最小偏向角, 4047,4358,4916,5461, 5790,6234,6907(?) 测量时注意,每测量一次最小偏向角,都要拿掉棱镜,单测此时狭缝所对应的角度。

光的色散特性的研究实验报告

光的色散特性的研究 光线在传播过程中,遇到不同介质的分界面(如平面镜、三棱镜等的光学面)时,就要发生反射和折射,光线将改变传播的方向,在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量,如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度,在光学实验中显得尤为重要。 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器,可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器(如摄谱仪、单色仪等)有许多相似之处,学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密,结构较复杂,调节要求也较高,这对初学者来说,往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象,了解分光计的基本结构和测量光路,严格按调节要求和步骤耐心进行调节,就一定能够达到较好的要求。 本实验是在实验3-14用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目,有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验3-14中的相关内容。 【预习提示】 1.复习实验3-14中分光计的调节方法和步骤,明确分光计的调节要求。 2.用三棱镜调节分光计时,三棱镜应按什么位置放在载物台上?这样放的好处何在?3.如何判断偏向角减小的方向?如何寻找最小偏向角位置?跟踪谱线时能否将载物台(游标盘)与望远镜同时旋转? 【实验目的】 1.在实验3-14的基础上,进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。 2.掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。 3.观察色散现象,测绘三棱镜的色散曲线,求出色散曲线的经验公式。 【实验原理】 本实验中应该首先搞清楚以下几个概念: ⑴视差:所谓视差是指当两个物体停止不动时,改变观察者的位置,一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中,当人的眼睛从一侧移到另一侧时,像相对于分划板的十字叉丝有明显的移动,即出现视差,说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时,像就移到十字叉丝的左边,说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间;如果当眼睛移到右边时,像就移到十字叉丝的右边,说明这时像是在十字叉丝之前。反之,如果眼睛左右移动时,像与十字叉丝之间没有相对移动,像与十字叉丝就在同一平面,说明聚焦已经调好。因此,光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。 ⑵平行光:当点光源正好处在凸透镜焦平面上时,由点光源发出的光经过凸透镜后,将形成一束平行光。 ⑶自准法:当光点(物)处在凸透镜的焦平面上时,它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去,反射光再次通过透镜后会聚于透镜的焦平面上,其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。 1.用最小偏向角法测量三棱镜的折射率 当光线从一种介质进入另一种介质时,即发生折射,其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光,故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来,再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________ 一、0i =时,测定光栅常数和光波波长 光栅编号:___2____;?=仪___1’___;入射光方位10?=__7°6′__;20?=__187°2′__。 由衍射公式,入射角0i =时,有sin m d m ?λ=。 代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′,求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角,得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1

()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1,()576.80.5nm λ=±黄2,()435.70.4nm λ=±紫 由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近,但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值(给定的绿光波长与级数为准确值),而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差,观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。 二、150'i =?,测量波长较短的黄线的波长 光栅编号:___2____;光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__;2n ?=__172°1′__。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验报告 字体大小:大| 中| 小2007-11-05 17:31 - 阅读:4857 - 评论:6 南昌大学实验报告 --- ---实验日期:20071019 学号:+++++++ 姓名:++++++ 班级:++++++ 实验名称:光栅衍射 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。 实验仪器:分光镜,平面透射光栅,低压汞灯(连镇流器) 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,其示意图如图1所示。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划而成。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。图1中的为刻痕的宽度, 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。 图1光栅片示意图图2光线斜入 射时衍射光路 图3光栅衍射光谱示意图图4载物台当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射,所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜,在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 (1) 出现明纹时需满足条件 (2) (2)式称为光栅方程,其中:为单色光波长;k为明纹级数。 由(2)式光栅方程,若波长已知,并能测出波长谱线对应的衍射角,则可以求出光栅常数d 。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长,则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角,从而在不同的位置上形成谱线,称为光栅谱线。对于低压汞灯,它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色 1=435.8nm;绿色 2=546.1nm;黄色两条 3=577.0nm和 4=579.1nm。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。 角色散率D(简称色散率)是两条谱线偏向角之差Δ两者波长之差Δ之比: (3)

光的色散实验设计

八年级物理第三章第一节研究光的色散实验 仪器材料 红外线笔、三棱镜、紫外线验钞笔、真、假钞票、太阳镜、防晒霜及课件。 一:教学目标 (一)、知识与技能 1.初步了解太阳光谱和知道看不见的光的存在。 2.确定红外线、紫外线的存在,了解它们的性质。 (二)、过程与方法 1.初步尝试对不可见的事物通过其可见的效应来对该事物进行研究的方法。 2.通过收集、交流关于红外线、紫外线的资料,获得处理信息的方法。 (三)、情感、态度和价值观 1.通过观看太阳的色散实验,体会美丽的色彩。 2.客观地看到社会进步的同时,人类的生存环境也遭到了破坏,从而形成保护人类生存环境的意识。二:教学重点:太阳光的组成特点以及应用 三:教学难点:同上 四:课前准备:1:编写好讲学稿和相关练习题 2:准备演示实验器材:红外线演示仪、三棱镜、紫外线验钞笔、真、假钞票、太阳镜、防晒霜及课件。 3:做好课件 4;下载极光应用小电影 4:提前一天下发讲学稿,布置预习 五:教学过程 1:引入新课:通过新奇的实验引入新课,提高学生的兴趣。 活动一:演示:打开红外线演示仪开关,让它发出音乐,当教师用手靠近红外线演示仪,阻断了它的红外线(不要接触到仪器),发现音乐嘎然而止。 活动二:演示验钞机的使用 老师小结:刚才我们的两个实验分别用到了红外线和紫外线,它们都是看不见的光。 2:复习旧知:提问检查预习情况:(1)白色光是单色光还是复色光? (2)白光通过三棱镜后可形成一条彩带,自上而下的颜色是什?。 (3色光的三原色是,颜料的三原色是。 (4)透明物体的颜色由决定,不透明物体的颜色是由决定。 3;光谱: 活动一:演示实验:用三棱镜将白光分解成七种颜色的光投在墙上…… 结果:光谱---把太阳光分解成的七种不同的色光按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列起来就是光谱。 活动二:老师解释光谱成因:不同色光折射程度不同,紫光最厉害,红光最不厉害 观看极光的小电影,然后提问学生。 4:课堂小结: 1:把太阳光七种不同的色光按的顺序排列就是光谱。 六:课后练习: 1、冬天,在商店购买的红外线烤火炉,看起来它发出淡红色的光,这是因为() A、户红外线本身就是一种淡红色的光 B、烤火炉的电热丝的温度超过标准,因此在发出红外线的同时还发出少量红色的光,红外线本身 是看不见的,看见的淡红色的光并不是红外线

2020年光栅衍射实验报告范文

实验时间2019 年 月 日签到序号 【进入实验室后填写】 福州大学 【实验七】 光栅的衍射 (206 实验室) 学学院 班班级 学学号 姓姓名 实验前必须完成【实验预习部分】 登录下载预习资料 携带学生证提前 10 分钟进实验室 实验预习部分【实验目的】 】 【实验仪器】( 名称、规格或型号) 【实验原理】(文字叙述、主要公式、衍射的原理图)实验预习部分【实验步骤和注意事项】 】 实验预习部分

一、 巩固分光计的结构(P 197 ,图25-10 ) 载物台 6 7 25 望远镜11 12 15 16 17 平行光管2 27 调节分光计,要求达到(验调节步骤参阅实验25 ) ⑴⑴望远镜聚焦于无穷远,且其光轴与仪器转轴垂直。 ⑵⑵平行光管产生平行光,且其光轴与望远镜光轴同轴等高,狭缝为宽度在望远镜视场中约为1 mm (狭缝宽度不当应由教师调节) 二、光栅位置的调节 1 、光栅平面与平行光管轴线垂直 ①①转动望远镜使竖直叉丝对准 。 ,然后固定望远镜位置。 ②放置光栅时光栅面要垂直

。 ③③调节 螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的绿色十字叉丝像与 重合。 2 、光栅上狭缝与仪器转轴平行。 松开望远镜止动螺钉,向左(或向右)转动望远镜,观察各谱线,调节被螺丝使各谱线都被分划板视场中央的水平叉丝平分。 3 、反复调节直到1 和2 两个要求同时满足! 数据记录与处理【一】测定光栅常数 测出第一级绿光谱线的衍射角 绿=541 nm k=1 置望远镜位置 T 1 置望远镜位置 T 2 1 1 2 2 2 1 2 1 1- -41 1′= rad) (弧度) 10sin 绿 kd

棱镜和光的色散

棱镜和光的色散 目标定位: 1.了解光的色散现象,知道白光可分解为七种色光。(重点) 2.了解光的三原色和颜料的三原色,以及色光的混合与颜料的混合是不同的。 3.知道红外线、紫外线都是人眼看不见的光。了解红外线、紫外线的应用。(难点) 4. 了解三棱镜对光的作用, 学习过程: 一、自主学习 (一)、结合学习目标,阅读教材P64-P66, (二)、导学练习(再结合文本独立完成下列练习) 1. 温故知新:光的折射定律: :光从一种介质斜射入另一介质时传播方向会发生光折射时,折射光线入射光线法线在;折射光线和入射光线法、分别位于。入射角增大时,折射角。○1光从空气斜射到水或玻璃表面时,折射角 入射角,折射光线法线。○2光从水中斜射入空气中,折射光线将法线,折射角入射角。光垂直射到水或玻璃的表面时,在水和玻璃中的传播方向。折射光路是的。 2.预习:白光是光,它由,,,,, ,七种颜色的光组成。 二、探究学习(学生先对每一个题目进行独立思考后,才进行小组内的交流讨论)(一)、棱镜和玻璃砖对光线的作用 1.玻璃砖对光线的作用。观察实验完成光路图 2. 棱镜对光线的作用,观察实验完成光路图 3.结论:○1光线经玻璃砖后折射光与入射光,且位置偏 ○2光线经棱镜后,折射光向偏折 (二)光的色散 观看多媒体,进行回答。 1.白光经三棱镜折射后,分解成,,,,,, 七种颜色的光。说明白光是光。这一现象叫光的 2.光的三基色是,,,其他颜色的光都是可由三基色混合而成。 3.颜料的三原色是,,。其他颜料的颜色都可由三原色调配而成。 (三)物体的颜色 1.透明物体的颜色由决定,比如红色的玻璃只能透过红色的光。 2.不透明物体的颜色由决定,比如红色的衣服只能反射红色的光。

光的色散研究_(完整)

评分: 大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 物理系 大学物理实验室 实验日期:200 9 年 12 月 4 日 实验题目: 光的色散研究 班 级: 姓 名: 学号: 指导教师:

实验24 《光的色散研究》实验提要 实验课题及任务 《光的色散研究》实验课题任务是:当入射光不是单色光并且入射到三棱镜上时,虽然入射角对各种波长的光都相同,但出射角并不相同,表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说,折射率随波长的减小而增大。如紫光波长短,折射率大,光线偏折也大;红光波长长,折射率小,光线偏折小。折射率n 随波长λ又而变的现象称为色散。 学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《光的色散研究》的整体方案,内容包括:写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤,然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,写出完整的实验报告,也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 设计要求 ⑴ 通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵ 选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。 ⑶ 掌握用分光计测定三棱镜顶角和最小偏向角的原理和方法,并求出物质的折射率。 ⑷ 用分光计观察谱线,并测定玻璃材料的色散曲线λ~n ; ⑸ 应该用什么方法处理数据,说明原因。 ⑹ 实验结果用标准形式表达,即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器 给定分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯 实验提示 最小偏向角min δ。与入射光的波长有关,折射率也随不同波长而变化。折射率n 与波长λ之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源,各谱线的波长见附录。用汞灯的光谱谱线的波长作为已知数据,测量其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角,算出与min δ对应的n 值,在直角坐标系中做出三棱镜的λ~n 色散曲线。用同一个三棱镜测出钠光谱谱线的最小偏向角,计算相对应的折射率,用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。 教师指导(开放实验室)和开题报告1学时;实验验收,在4学时内完成实验;

闪耀光栅

闪耀光栅 闪耀光栅 blazed grating 当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时,光栅的光能量便集中在预定的方向上,即某一光谱级上。从这个方向探测时,光谱的强度最大,这种现象称为闪耀(blaze),这种光栅称为闪耀光栅。 在这样刻成的闪耀光栅中,起衍射作用的槽面是个光滑的平面,它与光栅的表面一夹角,称为闪耀角(blaze angle)。最大光强度所对应的波长,称为闪耀波长(bl aze wavelength)。 通过闪耀角的设计,可以使光栅适用于某一特定波段的某一级光谱。 闪耀光栅的优点 透射光栅有很大的缺点,主要是衍射图样中没有色散的零级主最大总是占总光能的很大一部分,其余光能分散在各级光谱中,而实际使用光栅时往往只利用它的某一级。这对光栅的应用是很不利的。 闪耀光栅则实现了单缝衍射中央最大值的位置从没有色散的零级光谱转移到其他有色散的光谱级上。 CD光盘可以看作粗制的闪耀光栅。

第一章光学分析法引论-1.3 光谱法仪器 背景知识 三、光谱仪器 组成:光源,单色器,样品容器,检测器(光电转换器、电子读出、数据处理及记录)。 ? 光源

对光源的要求:强度大(分析灵敏度高)、稳定(分析重现性好)。 *Laser=light amplification by stimulated emission of radiation 2. 分光系统( monochromator, wavelength selector ) 定义:将由不同波长的“复合光”分开为一系列“单一”波长的“单色光”的器件。 理想的100% 的单色光是不可能达到的,实际上只能获得的是具有一定“纯度”的单色光,即该“单色光具有一定的宽度(有效带宽)。有效带宽越小,分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。 构成:狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。 1 )棱镜( Prism ): 棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小,波长小的折射率大。

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