光栅衍射的应用与操作
专业：交通运输学院电子商务专业姓名：黄丽烨学号：09254005
摘要：在本次实验中，由于有些同学因为分光计的调节影响的实验的操作，基于这个问题，本文介绍了一个实用简单的方法帮助更好地完成分光计的调节。
同时，光栅衍射不仅可以测量波长还可以测量液体表面张力，薄膜折射率等，本文主要介绍了用光栅衍射测量液体表面张力。
关键词：光栅衍射、衍射光栅、分光计。
背景：衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成。
由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。
1821年夫琅禾费创制了用细金属丝做成的衍射光栅，并且用它测量了太阳光谱暗线的波长。
后来他又在贴着金箔的玻璃上用金刚石刻划平行线做成色散更大的光栅。
第一个直接在玻璃板上刻制光栅的是诺伯尔（1806-1881）。
现在使用的光栅有透射式和反射式两种，多是以刻线光栅为模板，复制在以光学玻璃为基板的薄膜上做成的，也有用全息照相法制做的。
正文：
论述：
一、光栅衍射实验方法的改进
实验理论:在光栅衍射实验中，目前实验方法都遵照以下三个步骤：先调整分光计的望远镜，再调节平行光管，最后调测光栅。
其中，在分光计的望远镜调节过程中，通过平行平面镜找“绿十字”像，并用“各半调节法”将“绿十字”像调至“P 点，更重要的是对
载物台转过180度(或120度)，同样满足“绿十字”像在“P''点不变的要求。
这对多
数学生来说难度很大，这一步达不到要求，下步骤就无法进行，由于实验时间有限，势
必造成拖堂现象严重。
针对这一情况，我们通过摸索，在实验方法上做了如下改进，省
去了用平行平面镜调“绿十字”像的步骤，直接用光栅调“绿十字”像。
实验步骤：
(1)粗调，由目测调节分光计有关螺钉达到平行光管、载物台和望远镜水平。
(2)打开望远镜照明目镜小灯，调节目镜使分划板刻线清晰。
(3)打开水银灯，使狭缝成像呈在物镜的焦平面上，并且被过 0 点分划板刻线
平分。
如图1所示。
(4)将光栅按图2所示，放在载物台上，并且使光栅平面与平行光管及望远镜相垂直。
(5)用手捏住光栅底座两端，慢慢的俯仰角找“绿十字”像，用“各半调节法”即调望远
镜仰角钉和载物台下D1或D2螺钉，各消小差距一半，使“绿十字”像位于⋯P点。
(6)转动望远镜观察谱线，通过调节载物台下D3螺钉使左右谱线等高并且被过⋯O点分划板刻线左右平分。
如图3所示。
(7)重复进行5、6步骤，直到达到使5、6两步骤都被满足，方可进行测量。
二、光栅衍射法测试液体表面张力
实验原理：利用相关装置在待测液面产生一维表面张力驻波，将其看作为理想的反射式正弦光栅”]，在激光的作用下产生线阵分布的衍射光斑，通过LCCD 精确测，取±1级衍射光斑中心间距，进而实时、准确地测算出液体表面张力之值。
实验步骤：液体表面张力基本测试系统主要由激振系统、减振系统(采用激光全息台减振、分光系统、LCCD、计算机等组成，系统结构图如图2所示．
Laser：He-Ne激光器，M ：扩束镜，L1：凸透镜(用于产生平行光)，Mt：小孔光阑( ：O．5 mm)，PSl、Ps2：衰减片，M2：小孔光阑( ：0．1 mm)，M ：衍射零级光斑档光板，1．2：成像透镜
图2 表面张力测试系统结构图
在激振系统中，用低频信号发生器带动电磁振动器，驱动下面型直线状振源作周期性正弦振动。
产生稳定的一维表面波光栅．而在减振系统中，为保证液面及所产生的表面张力正弦形驻波稳定，将型直线状振源及振动器外挂固定，其余装置置于激光全息台上．当激光束斜入射到液体表面波光栅时，将形成一系列上下对称分布、明暗相间的衍射光斑，借助于LCCD 本身所具有的高分辨率、高灵敏度、定位准确等特性，用CCD作为探测元件采集不同激振频率下±1级衍射光斑位置的数据，串行地输入给计算机，由计算机对这些数据进行分析与处理，实现了实时、准确测量液体的表面张力．
结论：平面衍射光栅各级明条纹的亮度随衍射角和入射角的变化而变化，这与理想状况下光强公式存在较为明显的歧离。
光的衍射决定光学仪器的分辨本领。
气体或液体中的大量悬浮粒子对光的散射，衍射也起重要的作用。
在现代光学乃至现代物理学和科学技术中，光的衍射得到了越来越广泛的应用。
衍射应用大致可以概括为以下四个方面：
① 衍射用于光谱分析。
如衍射光栅光谱仪。
② 衍射用于结构分析。
衍射图样对精细结构有一种相当敏感的“放大”作用,故而利用图样分析结构,如X射线结构学。
③ 衍射成像。
在相干光成像系统中,引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。
光瞳衍射导出成像仪器的分辨本领。
④ 衍射再现波阵面。
这是全息术原理中的重要一步。
撰写时间：2010年11月2日
参考文献：
【1】《大学物理学（下）》吴柳，北京交通大学出版社
【2】《大学物理实验》成正维，牛原：北京交通大学物理实验中心【3】光栅衍射实验新方法吴春梅，申宗仁
【4】用光栅衍射法测试液体表面张力许忠宇，邢凯。