用鋼尺測量氦氖激光的波長

摘 要:本文將鋼尺作為一反射光柵的模型，較精確地、簡便地“量”出氦氖激光的波長。并將實驗結果與He-Ne激光的標準波長進行了比較，得出該方法具有較高的精確度，這是一種簡便易行的測量激光波長的方法。

關鍵詞:鋼尺 激光波長 光柵

中圖分類號:G421文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)04(a)-0093-01

Abstract:This paper introduces the method of measuring He-Ne laser wavelength accurately and handily by using a steel ruler as a diffraction grating model. In addition， it compares the result with normal He-Ne laser wavelength.It is found that this method also has better accuracy，thus a new way to measure laserg laser wavelength is discovered.

Key words:steel ruler;laser wavelength;grating

自從1960年世界上第一臺激光器發明以來，激光以其獨特的優點，如單色性、方向性、相干性好，在現代科學技術和實踐中得到了廣泛的應用[1～2]。在實際應用中，一般都需要預先知道激光的波長。因此，測量激光的波長就顯的尤為重要。測量激光波長的方法有許多種，本文巧妙地將一把普通的鋼尺(最小刻度為)抽象為反射光柵的模型，將教科書中對光柵的概念—— 周期性結構—— 更加具體、形象化，拓展了學生思維;有趣、較準確地測量出氦氖激光的波長。

1 原理簡述

基于鋼尺上等間距這一周期性的結構，將鋼尺作為一反射光柵。最小分度值為光柵常數，當激光以掠入射到鋼尺刻度上，就會發生衍射現象。實驗光路圖如圖1所示。

圖中為衍射角，光束2和光束1的光程差為:

(1)

當時，即，對應于0級衍射斑點，即激光的幾何反射斑點。各級衍射斑點滿足:

(衍射級次…) (2)

通過式(2)可知，只要測出和，就可計算出波長。

下面主要測量和角度:

實驗裝置如圖2所示，激光沿水平方向射出，垂直觀察屏于S。將鋼尺放置在升降臺上，調節升降臺使激光以一定角度入射到鋼尺上刻度處，并在觀察屏上有明顯的衍射圖象。

設激光入射鋼尺處到觀察屏的水平距離為，0級衍射斑點(稍微平移一下鋼尺，讓激光照到鋼尺上沒有刻度的地方，找到其反射點，即找到0級衍射斑點)到位置距離為，1級斑點到的距離為，2級斑點到的距離為，等等。由幾何關系可知:

入射角: (3)

衍射角:

()

() (4)

最后，在白紙屏(觀察屏)上畫出個衍射點的位置，測量相關數據，由式(2)(3)(4)就求出激光波長。

2 數據記錄及處理(如表1)

一級衍射:

二級衍射:

(He-Ne激光的標準波長為。)

3 結語

用鋼尺測量氦氖激光波長看似實驗方法比較粗糙，但從實驗結果看還是比較準確，相對誤差小于。作為一個設計性實驗，在實際教學中，收到了良好的教學效果。有同學在報告中寫到:“日常生活中我們常用鋼尺測量書本的厚度以及紙張的寬度、長度等，所測物體的數量級為米。而現在要用鋼尺測量數量級只有的激光波長，看起來似乎不可思議，但用光學知識，我們做到了！”還有同學寫到:“用一把最小刻度值為的鋼尺來測數量級為微米的激光波長，看似很困難，但巧妙的利用光的波動性質，確實可以實現！”

參考文獻

[1]閻吉祥.激光原理技術與應用[M].北京:高等教育出版社，2006:233～305.

[2]俞寬新，江鐵良.激光原理與激光技術[M].北京:北京工業大學出版社，2001:232～268.

[3]趙凱華，鐘錫華.光學下冊[M].北京:北京大學出版社，2002:2～31.