1、用鋼尺測(cè)量激光器波長1、 引言激光作為一種單色性、方向性極好的相干光源，近年來被廣泛的應(yīng)用到各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。但由于激光材料的不同，激光被分為狠多的種類，激光器的特性也不盡相同，比如說其最重要的特性中心波長。我們?cè)谑褂眉す馄髦傲私馄洳ㄩL是十分必要的，當(dāng)然在現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)室中有各種各樣的精密儀器可以方便的測(cè)出激光的波長，但是如果我們不依靠實(shí)驗(yàn)室里的這些儀器，僅用我們?nèi)粘Ｉ钪幸恍┏Ｓ玫墓ぞ吣芊駵y(cè)出激光的波長呢？下文我們就介紹了一種方案，結(jié)合激光的波動(dòng)性，僅利用一把我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫匿摮呔湍茌^準(zhǔn)確地測(cè)出激光的波長。一把普通鋼尺在 日常生活中常常用來粗測(cè)物體 的長 度 ， 但 是 如 果 有 精妙 的

2、實(shí) 驗(yàn) 方 案 ， 利 用小 小 的鋼 尺完 全 可 以較 精 確 的 測(cè) 量 出激 光 的波長。 這聽來似乎完全“ 不可思議” 。 如果能夠巧妙的利 用 光 的 波 動(dòng)性 的話 ， 這 個(gè) 奇 跡 完 全 可 以創(chuàng)造 。 而 且 本 試 驗(yàn)所 需 器 材 簡單 易 找 ， 完 全 來源 的于 日常生 活 ， 符合 “ 從 生 活 到 物 理 ”的新 課程 理念。 是學(xué)生課下作為“ 探究性”實(shí)驗(yàn)的極好素材。2、 正文部分1） 實(shí)驗(yàn)原理激光是一種方向性和單色性極好的光源， 試驗(yàn) 過程 中首 先將 鋼尺 固定 在水 平桌 面上 ， 使 激光的一部 分 照射在 鋼尺 的刻 痕上 ， 一 部分 反射

3、到垂直 于桌 面 的墻壁 上 。 這時(shí) 通過 微調(diào) 激光 的入 射角度 ， 則 會(huì) 在 墻 面 上 出現(xiàn) 系 列 亮 點(diǎn) S。 ， S 。 ， S。 ， S。等 。 這是 因?yàn)榧す庠阡摮邇煽毯壑g的許多光滑面 上均 發(fā) 生 了反射 ， 這些 反射 光線 如果 相位 相 同則 會(huì)相 互 疊加而 在 墻面 上形 成 亮 斑 。 原 理 如 圖 1所示 。圖一由于鋼尺上有周期性排列的間隔為1mm的間隔,也就是鋼尺的刻度，兩刻度之間為表面光滑的鋼面，可以較好的反射激光，而刻度由于表面為黑色而且不光滑，所以不能很好的反射激光，這樣我們可以將鋼尺看成一個(gè)反射光柵，而激光又是單色性、相干性非常好的光源，當(dāng)激

4、光打在鋼尺的刻度上反射之后，就能夠形成相應(yīng)的衍射條紋。具體的實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示：圖二在圖二A處放置一激光發(fā)生器，其發(fā)出的激光以接近90度的入射角照射在BB上（BB為鋼尺上刻度與刻度之間的平滑面能夠反射激光），由于BB非常的小，其可以和激光的波長相比較，所以光束在反射的同時(shí)又發(fā)生衍射，當(dāng)兩束衍射光的相位相同時(shí)，則會(huì)相互疊加而加強(qiáng)，在光屏上形成亮斑；當(dāng)兩束衍射光相位相反時(shí)，則由于相互疊加而減弱，形成暗斑。如圖所示激光以跟平面成角入射在光滑平面上，經(jīng)過反射之后到達(dá)光屏，其光程差為：當(dāng)光程差為零時(shí)，這時(shí)，在光屏上出現(xiàn)的亮斑為入射光直接反射所得，其亮度也較大，當(dāng)光程差恰好為波長的整數(shù)倍時(shí)兩束衍射光的相位

5、相同，在P點(diǎn)疊加增強(qiáng)，出現(xiàn)亮斑；而當(dāng)光程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，則在光屏上出現(xiàn)暗斑。在反射亮斑的上方還有許多的亮斑，分別對(duì)應(yīng)著為等。因此由上式可知其中d為鋼尺上刻度間的距離，我們默認(rèn)d為0.8mm。所以只要測(cè)出就能計(jì)算出激光波長。而根據(jù)圖一我們不難看出：所以我們只要測(cè)出激光入射點(diǎn)到光屏的距離L，以及各個(gè)光斑的高度h就能得到，而最亮的光斑是由激光直接反射得到，所以其角與相等。2） 實(shí)驗(yàn)步驟1、用透明膠布將鋼尺固定在桌子上，鋼尺與墻面垂直，有刻度的鋼尺面朝上,鋼尺大概距離墻面2m左右。2、打開激光發(fā)生器，并將激光器放在如圖一A處的位置，使激光能夠打在鋼尺的刻度上，增大入射角度，使入射角處于88度到9

6、0度的范圍內(nèi)，這時(shí)我們可以看到激光打在鋼尺刻度的范圍大大增大，再細(xì)調(diào)入射角度我們可以在墻上看到一系列的亮斑，固定激光器。3、用卷尺測(cè)量激光在鋼尺上的入射點(diǎn)到墻面的垂直距離L，由下而上分別測(cè)出光斑的高度h0,h1,h2,h3。3） 實(shí)驗(yàn)裝置精度為1mm的鋼尺一把、普通激光發(fā)生器一個(gè)、卷尺一把、膠帶紙若干4） 實(shí)驗(yàn)照片5） 測(cè)量數(shù)據(jù)記錄d=0.8mmL=2.1010m（4個(gè)高度都是相對(duì)于桌面而言）6） 數(shù)據(jù)處理3、 討論與結(jié)果直接從激光器里發(fā)出的激光束打在鋼尺上反射后形成干涉亮斑的實(shí)質(zhì)其實(shí)就是反射光柵模型，鋼尺其實(shí)就相當(dāng)于在光潔度比較高的鋼板上刻出一系列等間距的平行細(xì)槽而形成的。 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)

7、果可以我們可以看出，用鋼尺測(cè)量激光波長時(shí)雖然實(shí)驗(yàn)方法較粗糙，隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也比較大。但通過波長相對(duì)誤差的比較 ，我們可以發(fā)現(xiàn)此方法的誤差與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的誤差大體一致，也就是說用這種看似比較粗略的方法也能夠較精確地得到激光器的波長。因此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是工程技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，使用該方法就可以很簡潔的快速得到激光的波長值，或者是作為分光裝置使用， 把入射光中不同波長的光分隔開來， 很容易形成光譜，從而可 提高工作效率 ， 縮短使用精密儀器測(cè)量的周期 。反過來 ， 如果充當(dāng)反射光柵 的不是鋼尺， 而是其他表面有一系列等間距平行刻痕的物體 ， 利用本實(shí)驗(yàn)方法在已知激光波長的情況下 ， 就可以較

8、精確地測(cè)最這 間距的長度 ， 從而為確定微小難以用普通工具測(cè)量的距離提供了簡單易行的方法。在實(shí)驗(yàn)的過程中我們也遇到了很多的問題，要成功的做完實(shí)驗(yàn)很多地方還是需要我們注意起來，首先激光器的選擇，我們應(yīng)該選擇功率較大的激光器，若用工具較小的激光器，由于鋼尺的表面不是特別理想的鏡面，也就是反射率不是特別的高，這樣就會(huì)使得經(jīng)過反射后的激光很難被我們觀測(cè)和測(cè)量，不利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中還有一個(gè)尤其要引起我們注意的地方是控制激光的入射角度，必須是激光以接近90度的入射角照射在鋼尺的刻度上，所謂的接近90度就是88度到90度，當(dāng)以接近90度的入射角打在鋼尺上時(shí)，我們可以看到鋼尺被激光照射到的面積大大增加，換句話說也就是說有效光柵的面積大大增大了，由我們的光學(xué)知識(shí)可以知道，多縫衍射的精細(xì)度要比單縫衍射高的多，增大激光的入射角就相當(dāng)于使激光通過了更多的縫，因而產(chǎn)生的光斑更加的銳利，更好地能被我們觀測(cè)和測(cè)量，剛開