光柵二次分光理論在實驗教學中的應用

張明霞，令維軍

（天水師范學院 電子信息與電氣工程學院，甘肅 天水 741001）

在大學物理光學理論及實驗教學中，幾何光學和波動光學是非常重要的內容，屬于經典光學，三棱鏡折射率的測定及光柵衍射實驗是必做的基礎性分光實驗，棱鏡和光柵是最基本的分光元件，在分光儀上通過望遠鏡可觀察到棱鏡光譜和光柵光譜，但二者的分光機理不同，棱鏡光譜是由光的色散作用而形成的一級彩色光譜，以光的實驗定律為基礎，屬于幾何光學的范疇，用光的粒子性做出理論解釋，而光柵光譜是同時考慮單縫衍射及縫間干涉而形成的多級彩色光譜，以惠更斯原理為基礎，屬于波動光學的范疇，用光的波動性做出理論解釋。

筆者通過多年的光學理論及實驗教學發現，在分光儀上做分光實驗時，若將復色光先通過棱鏡分光，可得到一級彩色光譜，若再通過光柵進行二次分光，可以將棱鏡得到的一級彩色光譜轉化成多級彩色光譜，即夫瑯和費光柵衍射圖樣，且譜線非常細銳非常明亮。下面以雙棱鏡為例，先用雙棱鏡分光，再用平面透射光柵（以下簡稱光柵）進行二次分光，通過理論分析及推導，得到測量雙棱鏡的折射率、光波波長及光柵常數的簡易方法。

1 雙棱鏡及光柵的分光光路示意圖

圖1所示為在分光儀上做分光實驗時的分光光路示意圖，分光儀是測角度的儀器，先調好分光儀，具體調節方法參照文獻[1-3]，然后在分光儀的載物臺上依次平行放置雙棱鏡和光柵，高壓汞燈發出復色光通過平行光管，平行光管出射平行光先通過雙棱鏡分光，再通過光柵進行二次分光，轉動望遠鏡就可觀察到兩側對稱的彩色光譜線。……