用钢尺测量激光的波长

范文一：用钢尺测量激光的波长

评分:

实验题目: 用钢板尺测激光波长

专业班级: 电子04-1班

姓名: 李海斌

同组姓名: 姚欣城、黄闻彪、梁建华

指导教师: 王德明

2005年 11月 30 日

用钢尺测量激光的波长

(电子04-1班，李海斌、姚欣城、黄闻彪、梁建华)

我们知道，用一把普通的钢尺，可以方便地测量出一本练习簿的长度和宽度，而要测量它的厚度就有些困难了，因为钢尺上两相邻刻线的间距是0.5毫米，而一般练习簿的的厚度也不过1毫米左右，所以很难测准。现在要用这把钢尺去测量只有万分之几毫米的光的波长，这看来似乎是不可能的，但我们的这个实验巧妙地利用了光的波动性质，真的只用一把普通的钢尺把这么短的波长测出来了。

实验目的:

(1)了解光的波动性质.

(2)利用光的波动性质,学会用钢尺测量激光的波长.

实验器材:

半导体激光器一支，普通钢尺一把，米尺或卷尺一个，胶带纸一小段，适当厚度的书一本及纸若干。

实验原理:

它的测量原理如图3-52,束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方直接照到观察屏上的-S0点，其余激光从钢尺表面反射到屏上。在屏上除了与-S0对称的S0点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑S1、S2、S3、S4…这是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间距是d=0.5mm)，光在两刻痕间的许多光滑面上反射，这些反射光如果相位相同(即波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇)，则它们会相互叠加而

加强，形成亮斑，否

则会相互抵消而减

弱。由图2可知，从

光源某一点A发出

而在相邻光滑面B、

B'反射的光，到达屏

上C点时所经过的

路程差为

1,ABC-AB'C,BD'-DB',d (cos-cos) ? ,,,

若恰好等于

零或等于波的

整数倍，这些反射

光的相位就相同，屏

上C点就会出现亮

在,,斑。显然，

, 处，,,0，这就是在S0处的亮斑。在S1、S2、S3、S4…处，必有: , ,,～ , ,2 ,～图3-53面的反射光程差计算

,3 ,4 …。因此，由(1)式可知: , ～, , ,

,(1)d (cos, ,cos,),, ， ? ,

3(2)d (cos, ,cos ,),2 , ， ? ,

4(3)d (cos, ,cos,),3 , ， ? ,

5(4)d (cos, ,cos,),4 , ， ? ,

其中d,0.5mm是已知的，因此，只要测出,和,、,、,、,…就可从以上各式算出波长, ,,,,的值。实验中，使尺与屏垂直，则

6 tan , ,h /L ?

其中，L是尺端到屏的距离，h是各亮斑到O点的距离，而O点位于S0点和-S0点的中心。量出各

亮斑间的距离即可求得各, 值，而对应于亮斑S0的, 就是, 。

1,3456 由上?,?～?,?,?,?得,的通式为:

11Ldi,j,,() = ,0 , , i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij

实验步骤:

(1)把该钢尺水平放置在垫物台上并固定, 钢板尺刻度方向与桌面平行; (2)以墙面作为观测屏;

(在钢尺的上方放置一支半导体激光器，让激光光线射到钢尺的端部，移动激光器，使光线与钢尺的

夹角,尽量小(这样可确保公式, ,ABC,AB'C,BD',DB',d (cos,,cos,)的成立)，与此同时，

移动钢尺和激光器的位置，使墙上出现较明显的多个光斑;

(3)同米尺或卷尺测出处时钢尺端部与垂直墙面的水平距离L(以后的测量L将不再改变) (4)将白纸固定于墙上，使激光照射到纸上，用笔把每个光点描下来，数据处理时对白纸光点进行测量并根据要求计算;

(5)再改变,大小重复测量数据。

以- S作为基点，分别测出S,S,S,S,S,S,S到- S的距 124356000

离，分别为x,x,x,x,x, x, x录于下表: 1243506

L=(3850.5 ) mm

次数平均值 1 2 3 4 距离 xi

x 0356.0 348.7 340.0 320.5 341.30

x1 441.5 435.9 429.0 413.0 429.85

x 2506.0 501.0 494.0 429.0 495.00

x 3560.2 555.2 549.0 534.9 549.82

x 4607.0 602.8 597.1 583.1 597.50

x 5650.5 626.5 640.2 627.2 641.40

x 6690.0 685.4 680.1 668.0 680.88 (7)求值过程:

利用公式:

x0=-(mm) 和 xhii2

11Ldi,j,,()= ,0 , , i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij

最后求多次测量结果的平均数;计算并分析误差。

数据处理:

x0=-(mm)计算得: 由公式xhii2

341.30,429.85,,259.20(mm) h12

341.30,495.00,,324.35(mm) h22

341.30,549.82,,379.17(mm) h32

341.30,597.50,,426.85(mm) h42

341.30,641.40,,470.75(mm) h52

341.30,680.88,,510.23(mm) h62

11Ldi,j,,由公式= ,0 , ,计算得: ()i、j,1.2.3？？n,2222(j,i)h，Lh，Lij

ld11,,(,)122223h，lh，l14

3850.5，0.511,，(,) 22223259.2，3850.5426.85，3850.5

,638..28nm

ld11,,(,)222223h，lh，l25

3850.5，0.511,，(,) 22223324.35，3850.5470.75，3850.5

,643.48nm

ld11,(,),322223h，lh，l36

3850.5，0.511,(,) 22223379.17，3850.5510.23，3850.5

,642.25nm

，，,,,638.28，643.48，642.25123 ,,,641.34nm,33

42(x,x),i001,,x04,1

2222(356.0,341.3)，(348.7,341.3)，(340.0,341.3)，(320.5,341.3), 4,1,15.33mm

42(x,x),i111,,x14,1

2222(441.5,429.85)，(435.9,429.85)，(429.0,429.85)，(413.0,429.85), 4,1,12.34mm

42(x,x),i221,,x24,1

2222(506,495)，(501,495)，(494,495)，(479,495), 4,1,10.86mm

42(x,x),i331,,x34,1

2222(560.2,549.82)，(555.2,549.82)，(549.0,549.82)，(534.9,549.82), 4,1,10.95mm

42(x,x),i441,,x44,1

222(607.0,597.5)，(602.8,597.5)，(597.1,597.5)，(583.1,597.5), 4,1,10.42mm

42(x,x),i551,,x54,1

2222(650.5,641.4)，(646.5,641.4)，(640.2,641.4)，(627.2,641.4), 4,1,10.20mm

42(x,x),i661,,x64,1

2222(690.0,680.88)，(685.4,680.88)，(680.1,680.88)，(668.0,680.88), 4,1,9.49mm

22,,,15.33,,x220,, s,,，,12.34，,14.53mm,,,,kx111,,22,,,,

22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.86，,13.29mm,,,,kx222,,22,,,,

22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.95，,13.37mm,,,,kx333,,22,,,,

22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.42，,12.94mm,,,,kx444,,22,,,,

22,,,15.33,,x220,, s,,，,10.20，,12.76mm,,,,kx555,,22,,,,

22,,,15.33,,x220,, s,,，,9.49，,12.20mm,,,,kx666,,22,,,,

,1inst u,,,0.577mml1.7323

2222 u,s，u,14.53，0.577,14.54mmhl11

2222 u,s，u,13.29，0.577,13.30mmhl22

2222 u,s，u,13.37，0.577,13.38mmhl33

2222 u,s，u,12.94，0.577,12.95mmhl44

2222 u,s，u,12.76，0.577,12.77mmhl55

2222 u,s，u,12.20，0.577,12.21mmhl66

222uu,,,,,ud,,hhl141,,,,u,，，,,1,,,,3lhh,,14,,,,

,6638.28，10，0.5,8,4,，0.003，2.24，10，9.19，10 3

,6.66nm

222uu,,,,,ud,,hhl522,,,,u,，，,,2,,,,3lhh,,25,,,,

,6643.48，10，0.5,8,4,，0.0017，2.24，10，7.36，10 3

,5.29nm

222uu,,,,,du,,hhl363,,,,u,，，,,3,,,,3lhh,,36,,,,

,9642.25，10，0.5,8,4,0.0012，2.24，10，5.73，10 3

,4.51nm

222u，u，u123u,3

2226.66，5.29，4.51, 3

,5.56nm

5.56,,，100%,0.87%u，，,,641.34,5.56nm641.34实验结果:

,,,641.34,632.8E,,，100%,1.35%,632.8

误差分析:

在实验中进行测量和数据处理时，，都有可能产生误差。误差产生的原因是多方面的。这个实验产生误差主要有以下几个因素:

1) 仪器误差:由于测量仪器本身就存在微小的误差，是实验者无法避免的误差。 (

(2) 人为误差:实验者在实验操作过程中，由于操作方法不当而引起的误差。例如实验者对操作

方法不熟悉,导致在实验过程中引起了误差。同时实验者在读取数据的过程中，没有保留合

适的有效数字，这样也可以引起误差。在处理数据的时候，实验者没有保留适当的有效数字

也会导致误差的出现。

实验心得:

(1) 该实验是在了解光的波动性质的情况下，用钢尺测量激光的波长。从总体上来说，实验并不是很复杂，但是我们却不敢掉以轻心。

(2) 在我们了解了实验所要用到的仪器后，我们四个组员分别从网上搜索和到图书馆查阅相关的资料。将资料组织起来，制定出实验的初步方案。我们还请指导老师对我们的方案进行评价和提出修改的方向，以使我们的方案更加的详细和完整。在老师的正确的指引下，我们又对方案作出了进一步的完善，剩下来的只是等待操作实验以进行验证了。

(3) 其实这个实验操作起来并不复杂，只要我们测量四组相关的数据就可以了。但是我们在实验过程中还是要特别的注意，激光器所发出的光与钢尺所形成的角度不能太大，只要出现“略射”的效果就可以了，这是老师一直强调我们应该注意的。我们在实验过程中也是相当的小心谨慎。还有在数据读取的时候，我们十分的认真，因为我们要尽量的减少读数上所带来的误差。同时，我们在实验操作的过程中也很细心，为的是避免不必要的误差的产生。在我们四个组员的通力合作下，实验操作很快就完成了。

(4) 在完成实验操作后，接下来的是对实验数据进行处理。因为我们在之前的物理实验中也有过很多的数据处理，所以这对我们来说并不是陌生的，但是我们丝毫不敢放松，数据处理上来还是相当的麻烦的。首先我们得注意数据在计算过程中的正确性，其次我们还要进行相当的单位的转换。真是每一个步骤都非常的细心、谨慎。还好我们实验的误差还算是很小的，也就是说我们的实验在一定的意义上来是说是成功的～

(5) 通过这次的设计性实验，体现了我们当代大学生的团队的合作精神和科学严谨的态度。真的希望以后可以多参加这样的设计性实验来丰富我们的头脑～

。

范文二：用钢板尺测量激光的波长

《用钢板尺测量激光的波长》实验提要课题的提出和依据

光是一种电磁波，光在真空中的波长不同，性质也不同(如波长小于390nm的光波叫紫外光，它有杀菌作用;波长大于770nm的光波叫红外光，它能传递热量(波长在390nm至770nm之间的光波是人眼可见的，叫可见光，不同波长有不同的颜色:如波长为390,446nm的光是紫色的，波长为620,770nm的光是红色的，橙、黄、绿、蓝各色依次排列其间，都由其波长决定，而与其强度、方向等因素无关(由此可见，光的波长是决定光波性质的最重要的参数之一(那么，怎样才能测出光的波长呢?可见光在真空中(或空气中)的波长只有万分之几毫米，这么短的长度又怎么用毫米刻度尺去测量呢?

本实验用最小分度为0.5 mm的普通钢尺“量”出只有0.000 6 mm左右的波长，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”现象(它说明，反射定律只是在一定条件下才成立的，如果反射面上刻有许多很细而且等间距的刻痕，就可使不同波长的光反射到不同的方向去，这就是现代高科技中常用的光学元件——“光栅”的雏形(光栅是一种比棱镜更好的分光器件。如果利用光栅的衍射原理就不难用普通的钢尺测量出激光的波长。

实验课题及任务:

《用钢板尺测量激光的波长》实验课题任务是，利用光的波动性，用一把钢板尺，通过用激光照射钢板尺的带有刻度的一面而反射到光屏上的衍射花样，根据激光的相干性和反射光的干涉原理，经过分析，找出规律，测量出激光的波长。

学生根据自己所学知识，设计出《用钢板尺测量激光的波长》的整体方案，内容包括:(写出实验原理和理论计算公式;选择测量仪器;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。按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。

让一束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢图3—52激光在钢尺上的衍射尺上方直接照到观察屏上的,S。点，其余激光从钢尺表面反射到屏上(在屏上除了与,S。

设计要求:

(1)、写出该实验的实验原理，推导出波长的计算公式。确定待测的物理量。 (2)、选择实验测量仪器要符合精度要求，测量值相对误差在1%之内，并说明选择仪器的理由，确定相应物理量的测量仪器。

(3)、写出实验内容及步骤。设计的实验步骤要具有可操作性(写出测量时实验装置的摆放及其位置角度、应该注意的事项及实际测量的方法等)。

(4)、设计出实验测量原始数据的表格。

(5)、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。测量仪器的选择及提示:

小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干，垫高物等。

范文三：用钢板尺测量激光的波长

评分:

大学物理实验设计性实验

实验题目: 用钢板尺测量激光的波长

班级:

姓名: 学号:

指导教师:

实验日期:2008 年 12月11日

原始数据记录:

大学物理设计性实验

实验台号: ________ 实验日期:_2008-12-11______

钢板尺测量激光的波长的数据:

光屏与尺端的距离L=4438.1mm

hhhh/mm /mm /mm /mm h/mm h/mm h/mm 0356124高度 h

159.2 275.0 355.0 421.1 477.0 527.9 573.1

《用钢板尺测量激光的波长》实验提要

大学物理设计性实验

课题的提出和依据

实验课题及任务

学生根据自己所学知识，设计出《用钢板尺测量激光的波长》的整体方案，内容包括:(写出实验原理和理论计算公式;选择测量仪器;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。

实验原理提示

众所周知，用一把普通的钢尺，可以

方便地测量出一本练习簿的长度和宽度，

而要测量它的厚度就有些困难了，因为钢

尺上两相邻刻线的间距是0.5 mm或l

mm，而一般练习簿的厚度也不过l mm左

右，所以很难测准(现在要用这把钢尺去

测量只有万分之几毫米的光的波长，这看

来似乎是不可能的。

如果实验利用光的波动性质，用一

把普通的钢尺就能够巧妙地把这么短的

波长测出来(它的测量原理如图16-1所

示:

让一束激光照到钢尺的端部，其中

一部分激光从钢尺上方直接照到观察屏

S上的,点，其余激光从钢尺表面反射0

SS到屏上(在屏上除了与,对称的00

大学物理设计性实验

S点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑、S、S、S??S。这是因为，尺上是有刻痕123n.0

的(刻痕的间距是d=0.5 mm)，光在两刻痕间的许多光滑面上反射，这些反射光如果相位相同(即波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇)，则它们会相互叠加而加强，形成亮斑，否则会相互抵消而减弱(由图16-2可知，从光源某一点A发出而在相邻光滑面B、B’反射的光，到达屏上C点时所经过的路程差(称为光程差)为:

///?=ABC,ABC=BD一DB=d(cos一cos ) (1) ,,

若?恰好等于零或等于波长的整数倍，则这些反射光的相位就相同，屏上C点就会,

处，?=0，这就是在S。处的亮斑(在S、S、S、S、??处，出现亮斑(显然，在,,,1234必有:

?=，?=2，?=3，?=4??( ,,,,

因此，由(1)式可知:

d(cos一cos ) = (2) ,,,1

d(cos一cos ) =2 (3) ,,,2

d(cos一cos )=3 (4) ,,,3

d(cos一cos ) =4 (5) ,,,4

,,,其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要测出和、、、??就可从以上各式算,,3124

出波长的值(实验中，使尺与屏垂直，则: ,

tan,,hL (6)

其中，L是尺端到屏的距离，h是各亮斑到O点的距离，而O点位于S。点和一S。点的中心(量出各亮斑间的距离即可求得各值，而对应于亮斑S。的就是。 ,,,设计要求

? 写出该实验的实验原理，推导出波长,的计算公式。确定待测的物理量。

? 选择实验测量仪器要符合精度要求，测量值相对误差在1%之内，并说明选择仪器的理由，确定相应物理量的测量仪器。

? 写出实验内容及步骤。设计的实验步骤要具有可操作性(写出测量时实验装置的摆放及其位置角度、应该注意的事项及实际测量的方法等)。

? 设计出实验测量原始数据的表格。

? 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。测量仪器的选择及提示

小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干，垫高物等。

大学物理设计性实验

用钢板尺测量激光的波长

一、实验目的:

(,)利用光的波动性，用钢板尺，根据激光的相干性和反射光的干涉原理，经

过分析，找出规律，测量出激光的波长。

(2)了解实验原理，掌握测量的方法。

二、实验仪器:

小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干，垫高物等。

三、实验原理:

(1)激光作为一种光源,由于其单色性好、方向性强、色散少等特点在现代科学技术与工程实践中得到了广泛的应用。在实际测量中,一般都要预先知道所用激光源的波长。不同材料和发光机制的激光源具有不同的波长。因此如何测定激光的波长就具有十分重要的意义。本实验用最小分度值为1mm的钢尺,测出了半导体激光器的波长。而且看到了反射角不等于入射角的"奇怪"现象。它说明,反射定律只有在一定的条件下才成立。若反射面上刻有许多很细且等间距的刻痕,就可使不同波长的光反射到不同的方向上去,这就是现代高科技中常用的光学元件—“光栅”的雏形,在传统的测量激光波长的实验中,就用到了这个分光器件。 (2)钢尺测量激光波长的原理

巧妙地利用了光的波动性质进行激光波长的测量,其原理如图1所示。

让一束激光掠射(入射角不小于88?)到钢尺的一端,一部分光直射到光屏上,形成亮斑S′0,一部分反射到光屏形成亮斑S0。可观察到除了S′0,S0两个对称点外,在S0上面分布着一系列的亮斑S1,S2,S3,S4,S5??,这是因为钢尺上有刻痕的地

大学物理设计性实验

方对入射光不反射,而两个刻痕之间的部分(刻痕的间距是d=0. 5mm,刻痕的宽度是0. 01mm)使光束产生反射。由于刻痕的间距与激光的波长是可以比较的,光束反射的同时又发生衍射。当两束衍射光的相位相同时,则会互相叠加而加强,在光屏上形成亮斑;若相位相反时,则形成暗斑。

,从光源的某一点A发出而在相邻光滑面B,B′反射的光到达屏上P如图2所示

点时所经过的路程

差Δ(称为光程差)为:

ΔABP -AB′P =BD′DB′=d(cosα-cosβ) (1)

当Δ恰好等于波长的整数倍时,则这些衍射光的相位就相同,在P点叠加出现亮斑。而在Δ=0,即α=β处,形成的就是S0处所对应的亮斑。在S1,S2,S3,S4,S5??处,对应的Δ各为λ,2λ,3λ??。因此,由(1)式可知 d(cosα-cosβ1) =λ (2 )

d(cosα-cosβ2) =2λ (3 )

d(cosα-cosβ3) =3λ (4 )

其中d=0.5 mm是已知的。所以,只要测出以上式中的α,β1,β2,β3,??就可以计算出波长λ的值。实验中,使钢尺与光屏垂直,则

tanβ=hL (5)

由式(1)(2)(3)(4)(5)得:

d2222,,[L/L，h,L/L，h] (6) n0n

其中,L是尺端到光屏的距离(2 m左右),h是各亮斑到O的距离,而O位于S’0点和S0点的中心。量出各亮斑到O点的距离,即可求得各β值。而对于亮斑S0的β就是α。因此只要测量出中央亮斑到O点的距离h以及激光的照射中心到墙面的距离L，即可测量处激光的波长。

四、实验内容与步骤:

(1)测量时,把钢尺放在表面水平且抗震性较好的实验台上,末端漏出台面1~2 cm。在尺端前方放置一与钢尺平面垂直的光屏,为了描绘干涉亮斑可在光屏上粘

大学物理设计性实验

贴一张硬白纸。

(2)打开半导体激光器光源开关,让出射激光束掠射钢尺有刻痕的地方。调节激光器的入射角,直到光屏上出现一系列的亮斑为止。固定好激光器,用铅笔记录亮斑所在位置(包括S’0和S0点)。标上坐标值，并测量光屏与尺未端的距离L。 (3)记录下各亮级到O点的距离??，代入公式求得波长,并计算不确h,h,h12

定度。

五、实验数据:

由记录数据的纸条可测出:

h,159.2mmh,421.1mm，h,275.0mm,h,355.0mm，,,h,477.0mm 03124h,527.9mm,h,573.1mm, L,4438.1mm。56

六、数据处理:

(1)计算激光的波长:

)，可算出: 把数据代入公式(6

,4,4,4,4,,6.357，10mm,,,6.352，10mm,,,6.380，10mm,,,6.354，10mm1234

,4,4， ,,6.357，10mm,,,6.326，10mm。561

,(，，，，，)

1234566,,,,,,,

,6.354，10mm,4

,635.4nm

(2)计算不确定度:

h取h=， 0

u,,,,8，0.5,4mm卷尺的仪器误差， L

u,K,,1，0.1,0.1mm钢尺的仪器误差， h

d2222F(,),[L/L，h,L/L，h]

0nn,f2hL2,f,h,d3,d， , 3,h,L222222(L，h)(L，h)

则由间接测量不确定度传递公式可算得激光波长的不确定度:

大学物理设计性实验

,f,f2222u,()u，()u ,hL,h,L

,14,146.5083，10，33.4982，10=

,76.325，10mm,0.6nm=

u0.6,U===0.1% 相对不确定度为，100%r635.4,

七、实验表达式:

Ur,激光的波长 λ=(635.40.6)nm =0.1%

八、实验心得体会:

大学设计性实验，是提出任务、要求和阐述应用背景，而如何解决问题，包括解决问题的原理、方法和所用仪器等由同学自行提出并实践。这样的课程可以锻炼我们自主动手的能力，在自己设计和研究的实验中有所发现，有所收获。

这次我们的实验是《用钢板尺测量激光波长》，这个实验所用的仪器比较简单，操作也不复杂。但是之前并没有接触过类似的实验，对此毫无经验让我感到头疼。不过这是设计性实验，就是要我们去解决这些问题的。因此，为完成实验，我在网上查找关于它的资料，先了解它的原理，再是实验的操作步骤。这些看似简单，但其中也有曲折。尽管当今的互联网已经非常强大了，可毕竟不是万能的，一些资料在网上很难查到。于是我们要走访其他班做同个实验的同学，向他们咨询，综合大家的意见，把问题一个一个地解决掉。这也是一种锻炼，能够锻炼我们的创新能力，获取信息的能力，这是普通的物理实验所不能给予的。

这次的设计性实验为期三个星期，虽然其中有奔波，但确实有所收获。

范文四：用钢板尺测量激光的波长

用钢板尺测量激光的波长

ISSN1008—9446

而7彳

承德石油高等专科学校学报第8卷第1期,2006年3月

JournalofChengdePetroleumCollegeVo1.8,No.1,Mar.2006 用钢板尺测量激光的波长

赵永勋,高永慧

(承德石油高等专科学校超声波应用技术研究所,河北承德067000)

摘要:传统测量激光波长的方法多用到一些精密度高,操作复杂的仪器,给实际应

用带来许多不便.给出一

种使用普通钢尺简便地"量"出激光波长的新方法,并将实验结果与衍射光栅测量

激光波长的结果进行了比

较,得出该方法同样具有较高的精确度,这是一种简便易行的测量激光波长的途

径.

关键词:钢尺;激光波长;光栅;叠加

中图分类号:0432,2文献标识码:B文章编号:1008-9446(2006)01—0046-03

WavelengthofLaserMeasurementwithSteelRuler ZHAOYong—xun,GAOYong—hui

(TheInstituteofUltrasonicWaveApplicationTechnique, ChengdePetroleumCollege,Chengde,Hebei067000,China) Abstract:Thetraditionalwayofmeasuringlaser,swavelengthalwaysrequiressomeaccurate

and

complicatedinstruments,whichbringsmuchtroubletotheapplication.Thispaperintroduce

sthe

methodofmeasuringlaser~wavelengthhandilybyemployingasteelruler.Inaddition,itcom

pares

theresultwiththeconsequenceofusingdiffractiongratingtomeasurethewavelengthoflaser.

Itis

foundthatthismethodalsohasbetteraccuracy,thusanewwaytomeasurelasergwavelengthis

dis—

covered.

Keywords:steelruler;laser;wavelength;grating;superposition

激光作为一种光源,由于其单色性好,方向性强,色散少等特点在现代科学技术与工程实践中得到

了广泛的应用.在实际测量中,一般都要预先知道所用激光源的波长.不同材料和发光机制的激光源

具有不同的波长.因此,如何测定激光的波长就具有十分重要的意义.本文用最小分度值为0.79mm

的钢尺,测出了半导体激光器的波长.而且看到了反射角不等于入射角的"奇怪"现象.它说明,反射

定律只有在一定的条件下才成立.若反射面上刻有许多很细且等间距的刻痕,就可使不同波长的光反

射到不同的方向上去,这就是现代高科技中常用的光学元件一"光栅"的雏形,在传统的测量激光波长

的实验中,就用到了这个分光器件.

1实验原理

1)钢尺测量激光波长的原理

巧妙地利用了光的波动性质进行激光波长的测量,其原理如图1所示.让一束激光掠射(入射角不

小于88.)到钢尺的一端,一部分光直射到光屏上,形成亮斑.s.,一部分反射到光屏形成亮斑.s.可观

察到除了.s.,.s.两个对称点外,在.s.上面分布着一系列的亮斑s,.s,.s,.s,.s……,这是因为钢尺上

有刻痕的地方对入射光不反射,而两个刻痕之间的部分(刻痕的间距是0.78mm,刻痕的宽度是0.O1

mm)使光束产生反射.由于刻痕的间距与激光的波长是可以比较的,光束反射的同

时又发生衍射.当

收稿日期:200508-30

作者简介:赵永勋(1982一),男,甘肃会宁县人,承德石油高等专科学校数理系助教,主要从事物理实验的教学及研

究工作.

48?承德石油高等专科学校学报2006年第8卷第1期

2)衍射光栅测激光的波长原理

按照光栅衍射理论,激光通过光栅衍射形成干涉条纹的位置由下式决定 dsinO=A(=0,?1,?2,……)(6)

其中,.j}是明条纹的级数,0是第.j}级明条纹的衍射角,d是光栅常数(本实验用0.01mm的光栅).

若第.j}级明条纹中心到中央明条纹的距离为,光栅到光屏的距离为L,sinO=(6)式变为

?'+

A=d—(.j}=0,士1,士2,…一)(7)

.j}?'+'

2实验数据

测量时,把钢尺放在表面水平且抗震性较好的实验台上,末端漏出台面1,2cm.在尺端前方2m

左右处放置一与钢尺平面垂直的光屏,为了描绘干涉亮斑可在光屏上粘贴一张硬白纸.打开半导体激

光器光源开关,让出射激光束掠射钢尺有刻痕的地方.调节激光器的入射角,直到光屏上出现一系列的

亮斑为止.固定好激光器,用铅笔记录亮斑所在位置(包括S.和S.点),测量数据如表1所示.

表1用钢尺测激光波长数据

用衍射光栅测量激光波长的数据如表2所示.

3数据处理表2用衍射光栅测激光波长数据

光栅到光屏的距离/cm87.4094.42105.59 ?由2,3,4式算出不同值时的波篆萎辜日月萎嚣謇::52..8.5.62..397..64..8296长如表1所示.第3级明纹到中央明纹的距离/.m17.8319.3321.91 波长的平均值为:=1(669.

1+671.2+—————壁———————竺0_—竺9_

667.3+683.6+691.5+695.5)=681.4(nm).测量所用光源半导体激光器的波长标准值为650.0llm.

相对误差:E;:×100%=鱼墨×100%=4.8%

2)由(7)式计算出在不同L值时波长的值如表2所示.

波长的平均值为:=了1(672.

0+673.0+665.9)=673.0(nm)

相对误差:E=:×100%=鱼?×100%=3.1%

4结论

激光束在钢尺上反射后形成干涉亮斑的实质是反射光栅模型,相当于在光洁度比较高的钢板上刻

出一系列等间距的平行细槽而形成的.由实验数据计算结果可以看,用钢尺测量激光波长时虽然实

(下转56页)

56?承德石油高等专科学校学报2006年第8卷第1期

(长相平平)或者homely(相貌平平),而不用ugly.

如:Hisgirl—friendisnotpretty.他的女朋友不太漂亮.

可见,用语言直接表现人们的生理缺陷是英语里的一大禁忌,一方面,人们坦然接受造物主的赐予;

另一方面,人们还是尽量避免触及身体及内心的痛处,而是曲而言之,体现了交际

过程中的人文关怀.

同样,为了不引起穷人(thepoor)的反感,英语中把贫穷者称为theneedy,或者beindifficulty(有困

难的),beinanawkwardsituation(处于不方便的状况的),bedownon0ne每luck(背运的,时运不佳的),

belesswelloff(景况不好的);后来又有theculturally/sociallydeprived(文化上/社会上处于劣势的)等

等.相应的,英语里我们也看不到穷国poornations,有的只是underdevelopednations(欠发达国家),de-

ve!opingnations(发展中国家)和emergingnations(新兴国家).以上这些说法体现了对贫困者和贫穷国

家的尊重.

由此我们可以看出,英美人的说话方式会因交谈对象的不同而改变,基于同情安慰弱者的心理,人

们会选择不同的词汇和语气.这或许也是由于他们想避免引起不必要的社会问题,为自己营造一个和

平,安逸的发展环境的心理所致.

委婉语既是一种语言现象,又是一种社会现象.它的形成是各种社会因素和语用因素综合作用的

结果.委婉语体现在社会生活的方方面面,学习英语委婉语的产生发展,有助于了解英美社会的发展变

化情况,加深对英语语言现象和文化背景的理解程度.正确运用委婉语,会大大促进跨文化交流的有效

性.

参考文献:

[1]刘纯豹.英语委婉语词典[M].北京:商务印书馆,2002.

[2]包惠南,包昂.中国文化与汉英翻译[M].北京:外文出版社,2004. [3]谭雅素.从英汉委婉语看中西文化异同[J].娄底师专学报,2000,(1):47—50. [4]周黎,吴晓玲.委婉语的文化内涵[J].连云港化工专科学校学报,2002,(3):48.50

(上接第48页)

验方法较粗糙,随机误差对测量结果的影响较大.但通过波长相对误差的比较,此方法的误差与传统实

验方法的误差大体一致.因此,在科学实验尤其是工程技术现场应用中,使用该方法就可以很简洁的快

速得到激光的波长值,或者是作为分光装置使用,把入射光中不同波长的光分隔开来,很容易形成光谱,

从而可提高工作效率,缩短使用精密仪器测量的周期.反过来,如果充当反射光栅的不是钢尺,而是

其他表面有一系列等间距平行刻痕的物体,利用本实验方法在已知激光波长的情况下,就可以较精确地

测最这间距的长度,从而为确定微小难以用普通工具测量的距离提供了简单易行的方法.

参考文献:

[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,1988.

[2]沈元华,陆申龙.基础物理实验[M],北京:高等教育出版社,2003. [3]王挺峰,付有余.利用光栅测量远场入射激光波长的方法研究[J].激光技术,2005.29(4):156.158

[4]梁兵.利用透射光栅测激光波长的方法[J.广西民族学院学报,2003,9(8):31.33.

[5]李春明,刘承师,张俊峰,测量激光波长的方法研究[J].辽宁工学院学报,1998,18(6):90-91.

范文五：用钢板尺测量激光的波长

大学物理实验设计性实验

设计方案

实验题目：

用钢板尺测量激光的波长

物理系大学物理实验室班级：姓名：指导教师：

学号：

实验日期：200 年月日

《用钢板尺测量激光的波长》实验设计方案

本实验用最小分度为0.5 mm的普通钢尺“量”出只有0.000 6 mm左右的波长，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”现象．它说明，反射定律只是在一定条件下才成立的，如果反射面上刻有许多很细而且等间距的刻痕，就可使不同波长的光反射到不同的方向去，这就是现代高科技中常用的光学元件——“光栅”的雏形．光栅是一种比棱镜更好的分光器件。如果利用光栅的衍射原理就不难用普通的钢尺测量出激光的波长。

实验目的：

1. 了解光栅的分光作用及原理，加深对光的干涉、衍射概念的理解。 2. 学会利用普通的钢尺测量激光的波长的方法。 3. 加强学生动手能力和设计能力。

实验仪器：

小型半导体激光器一支、普通钢尺一把、卷尺一把、胶带纸若干、垫高物

实验原理：

本实验利用光的波动性质，用一把普通的钢尺就能够巧妙地把这么短的波长测出来．它的测量原理如图-1所示：让一束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方直接照到观察屏上的－S0点，其余激光从钢尺表面反射到屏上．在屏上除了与－S0对称的S0点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑S0、S1、S2、S3??Sn.。这

是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间距是d=0.5 mm)，光在两刻痕间的许多光滑面上反射，这些反射光如果相位相同(即波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇)，则它们会相互叠加而加强，形成亮斑，否则会相互抵消

而减弱．由图-2可知，从光源某一点A发出而在相邻光滑面B、B’反射的光，到达屏上C点时所经过的路程差(称为光程差)为：

??ABC?ABC?BD?DB?d

?cos?

? （1）

若△恰好等于零或等于波长?的整数倍，则这些反射光的相位就相同，屏上C点就会出现亮斑．显然，在???处，△=0，这就是在S0处的亮斑．在S1、S2、S3、S4、??处，必有：

△=?，△=2?，△=3?，△=4???．因此，由(1)式可知：

d(cos?一cos?1 ) =?

(2)

d(cos?一cos?2 ) =2? (3) d(cos?一cos?3 )=3? (4) d(cos?一cos?4 ) =4? (5)

其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要测出?和?1、?2、?3、?4??就可从以上各式算出波长?的值．实验中，使尺与屏垂直，则：

tan??hL (6)

其中，L是尺端到屏的距离，h是各亮斑到O点的距离，而O点位于S0点和一S0点的中心．量出各亮斑间的距离即可求得各?值，而对应于亮斑S0的?就是?。联立 (2) (3) (4) (5) (6)式得

???

n??

? n??1,2,3,n.?. . ,??

实验步骤：

1．按图1所示放置好仪器，并让激光照到钢尺的端。

2．使用一胶带纸量出钢尺的端到观察屏的距离L，作上记号。

3．分别用胶带纸量出最下的亮斑到相临6点亮斑的距离l1、l2、l3、l4、l5、l6，并作上记号。

4．关掉电源，用钢尺分别量出各胶带纸的长度L、l1、l2、l3、l4、l5、l6记录数据。

5．实验完毕，收拾仪器整理桌面。

实验数据：

?inst?0.1mm数据处理：

h0?

l12

h1?l2?h0 h2?l3?h0 h3?l4

?h0 h4?l5?h0

h5?l6?h0

d??1??

1??

同理得：?2、?3、?4、?5

的平均值：

??n

i?1

对?3求不确定度：

L、h0、h3都是单次测量，因此不确定度为k

即：U

U?3?

倍的仪器误差

?Uh0?Uh3?k?inst k?1

的相对不确定度：

?100%

实验结果:

????U?mm U

??%

评分标准（10分）

（1）、正确的写出实验原理和计算公式，2分；（2）、正确的选用仪器和测量方法，1分；（3）、写出实验内容及步骤，2分；

（4）、实验仪器的整体设置合理，2分；（5）、原始数据表格，0.5分；

（6）、写出完整的实验报告，2.5分；（其中实验数据处理，1分、实验结果，0.5分，整体结构，1分）

学时分配：实验验收， 3学时，在实验室内完成；教师指导（开放实验室）和开题报告2学时；

参考文献：

《基础物理实验》沈元华陆申龙主编高等教育出版社

、实验设计方案和实验报告最后都写在一个报告本子上，如果本子页数不够，请加页！ 2、CD-R光盘轨道密度测定的“光盘光栅”自己制作！

3、一个班两个人同一个题目的同学，要自己做自己的，不要雷同，否则按抄袭处理！ 4、测量时，物理量测量次数有多次测量和单次测量之分，要明确！ 5、公式推导要条理清晰，要有完整的示意图，示意图要和公式相对应！ 6、数据表格要合理，物理量要准确！

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