分光计和光栅衍射实验介绍

　　波的传播中通常表现出衍射现象，即不沿直线传播而向各方向绕射的现象。但光的传播通常看来是沿着直线进行的，遇到不透明的障碍物时，会投射出清晰的影子。光的衍射和直线传播似乎是彼此矛盾的现象。光的直线传播现象又显示出光与一般的波动有区别。那么怎样来解释这个矛盾呢?

　　这是因为，光波波长约为390—760nm。一般的障碍物或孔隙都远远大于这个值，因而通常都显示出光的直线传播现象。一旦遇到与波长差不多数量级的障碍物或孔隙时，衍射现象就变得显著起来了。光栅就是根据这个原理来设计制造的。

　　1 光栅和光栅衍射实验的相关知识

　　在一块透明的玻璃片上刻有大量相互平行等宽而又等间距的刻痕，这样就形成了透射光栅，其中刻痕被认为是不透光部分。实用的衍射光栅一般每毫米内有几十条乃至上千条缝。当光波在光栅上透射或反射时，将发生衍射形成一定的衍射花样。由于不同波长的光，衍射角度不一样，所以它可以把入射光中不同波长的光分离开来。所光栅和棱镜一样，是一种分光装置，其主要用途是用来形成光谱。透射式平面刻痕光栅是在光学平面玻璃片上刻划大量相互平行、宽度和间距相等的刻痕而制成的，故实际上是一排密集，均匀而又平行的狭缝。通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在全息干版上曝光，经显影定影制成全息光栅。它相当于一块刻痕光栅，并具有周期性误差小、杂散光少、光谱适应范围宽等优点。

　　光栅常数和光栅方程：按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：

　　(a+b)sin准k=±kλ k=0，1，2…

　　上式称为光栅衍射方程，式中，a为缝的宽度，b为缝间距离，d=a+b称为光栅常数，一般为1/300mm或1/600mm，λ为入射光波长，k为明条纹光谱线级数，准k是k级明条纹的衍射角。如果入射光不是单色光，则由式中可以看出：光的波长不同，其衍射角准k也各不相同，于是复色光将分解，而在中央k=0，准k=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明纹。在中央明纹两侧对称的分布着k=1，2，……级光谱。

　　2 实验仪器

　　2.1 分光计：

　　分光计的功能：光学实验中常用来测定光线的方向及各种角度，通常利用光栅或者棱镜把一束多色入射光分解为不同角度的出射光;通过对出射光角度的测量来得到它的波长等信息。任何一台分光计必须备有以下四个主要部件：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。外形及结构如图1所示。

　　阿贝式自准直望远镜介绍:安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，并套在度盘上与度盘一起旋转。望远镜系统的目镜可以沿光轴移动和绕轴转动，目镜视度可以调节。目镜分划板视场如图2所示。