CD-R光盘轨道密度的测定(反射法)2010.doc

CD-R光盘轨道密度的测定提要 平面反射光栅衍射法 在CD-R盘片上有连续的槽沟，并组成螺旋状的轨道，轨道之间的密度非常小，不可以用一般的测量方法去测定。由于CD-R具有光栅的特性，且CD-R的轨道密度是光栅常数的倒数，所以可以将CD-R看成一个光栅，采用反射光栅测测定光波波长的方法来间接计算出CD-R的光盘轨道密度。 （1）、用一张废旧的CD-R光盘制作一个平面反射光栅，规格尺寸约为10×20mm2，固定在光栅座上，根据光栅衍射原理，利用分光仪和光源如汞灯、钠灯，参照《用透射光栅测定光波波长》实验，通过测定反射光栅测定光波波长计算光盘轨道密度。 （2）用一张废旧的CD-R光盘利用粘贴遮盖的方法制作一个平面反射光栅（制作时不用把光盘损坏，用黑纸把不需要的部分遮住即可），根据光源的已知光谱，利用平面反射光栅反射光的衍射现象，在光屏上能得到衍射花样，分析衍射花样，找出规律，记录相关数据，通过计算得到CD光盘轨道密度。 CD-R光盘轨道密度的测定实验设计方案 总体设计思路 在CD-R盘片上有连续的槽沟，并组成螺旋状的轨道，轨道之间的密度非常小，不可以用一般的测量方法去测定。由于CD-R具有光栅的特性，且CD-R的轨道密度是光栅常数的倒数，所以可以将CD-R看成一个光栅，采用反射光栅测测定光波波长的方法来间接计算出CD-R的光盘轨道密度。 实验目的 1、复习光栅的分光作用及原理，加深对光的衍射概念的理解。 2、利用平面反射光栅测定光栅常量、进而求出光栅的密度。 3、了解CD-R光盘的轨道密度与光栅常数的关系。 4、加强学生对实验的独立思考能力、创造能力及动手能力。 实验仪器 平面反射光栅（CD-R光盘一张）、激光源、钢板尺、拐尺、米尺等 【实验原理】 光栅就是一组数目极多的等宽，等距和平行排列的狭缝，如图（1）所示，应用反射光工作的称为反射光栅。如图（2）所示，若以单色平行光束垂直入射于光栅的平面上，则经光栅衍射后的平行光束降在广屏上会聚形成间距不同的亮线衍射条纹，根据夫琅和费衍射理论，亮条纹所对应的衍射角应满足下列条件： （1-1） （1-1）式称为光栅方程。式中（其中为缝宽、为相邻缝间不透光部分的宽度）为相邻狭缝之间的距离，称为光栅常数，为光波波长，为光谱线的级次。在=0的方向上可以观察到中央级明条纹，称为零级谱线。其他级的谱线对称分布在零级谱线的两侧。根据（1-1）式，若已知光波波长，则只要测定某谱线的衍射角如图（3）所示，和对应的光谱级次，就可以求出光栅常数。 CD-R光盘的轨道密度为，它与光栅常数的关系如下式 （1-3） 如图（3）所示： （1-4） 联立（1-1）、（1-3）可得CD-R光盘轨道密度的表达示为 　 　（１-５） （2） （3） 实验步骤： 1、将自制光栅垂直放在升降台上，打开激光电源开关，使激光穿过光屏中间的小孔垂直射向自制光栅并在光屏（墙壁）产生反射条纹。 2、调整激光仪与自制光栅的位置，使反射的0级条纹与光屏中间的小孔重叠，并使正负一级条纹与0级条纹基本在同一水平线上。 ３、用透明胶把米尺固定在桌面上，利用直角尺测量光屏在米吃上的坐标记作，及光栅在米尺上的三次坐标上，分别记作’、’、’。 4、用米尺测三次从级光谱到0级光谱的距离分别为：、、和级光谱到0级光谱的距离分别为：、、。 实验数据: 激光波长 　　 ； 光源编号： 　　　　 米尺的最小刻度值： 　　 米尺的编号： 　　　　　 测量次数 光栅到0级谱线的距离 级光谱与0级光谱的距离 初读数 末读数 时的坐标 时的坐标 1 2 3 数据处理 级光谱到0级光谱的距离： 光栅到0级谱线的距离： 米尺的仪器误差 级光谱到0级谱线的距离的不确定度为： 光栅到0级谱线的距离的不确定度为： CD-R光盘的轨道平均密度为： CD-R光盘的轨道密度的不确定度为： CD-R光盘的轨道密度的相对不确定度为： 【】 632.8 ； 光源编号： 　 米尺的最小刻度值： 0.1 米尺的编号： 测量次数 光栅到0级谱线的距离 级光谱与0级光谱的距离 初读数 末读数 时的坐标 时的坐标 1 229.0 635.2 406.2 390.6 740.9 2 665.0 436.0 377.5 751.9 3 694.1 465.1 360.0 694.1 数据处理 级光谱到0级光谱的距离： mm mm mm 光栅到0级谱线的距离： mm mm mm 级光谱到0级谱线的距离的不确定度为： 光栅到0级谱线的距离的不确定度为： CD-R光盘的轨道密