单缝衍射光强分布的测定.doc

。单缝衍射光强分布的测定光的衍射现象是光的波动性又一重要特征。单缝衍射是衍射现象中最简单的也是最典型的例子。在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等到领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。实验目的1. 观察单缝衍射现象及特点。2. 测定单缝衍射时的相对光强分布3. 应用单缝衍射的光强分布规律计算缝的宽度。实验仪器光具导轨座，He-Ne激光管及电源，二维调节架，光强分布测定仪，可调狭缝，狭缝A、B。扩束镜与起偏听偏器，分划板，光电探头，小孔屏，数字式检流计（全套）等。实验原理光在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。光的衍射分为夫琅和费衍射与菲涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射如图二 所示。如图二 单缝衍射的光路图当处于夫琅和费衍射区域，式中是狭缝宽度，L是狭缝与屏之间的距离，是入射光的波长。实验时，若取10-4m, L1.00m，入射光是He-Ne激光，其波长是632.8nm,就可满足上述条件。所以，实验时就可以采用如图一装置。1、导轨2、激光电源3、激光器4、单缝或双缝二维调节架5、小孔屏6、一维光强测量装置7、WJF型数字式检流计根据惠更斯-菲涅耳原理，可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角j等于或趋于零时，即j=0（或j0），按式，有故I=I0，衍射花样中心点P0的光强达到最大值（亮条纹），称为主极大。当衍射角j满足 时，=kp 则I=0，对应点的光强为极小（暗条纹）， k称为极小值级次。若用Xk表示光强极小值点到中心点P0的距离，因衍射角y甚小，则故Xk=Lj=kL/,当、L固定时，Xk与成反比。缝宽变大，衍射条纹变密；缝宽变小，衍射条纹变疏。同时可推导出中央主极大的角度（即1级暗纹的间距）Dj=2/，两相邻暗纹的衍射角之差为Dj=/。两相邻暗纹间的亮纹称为次极大。sinj01.43/2.46/3.47/II00.47 I00.017 I00.008 I0各极极大的位置和相应的光强如下图三所示：图三 单缝衍射的相对光强分布曲线实验内容和步骤实验装置如图一所示，按图搭好实验仪器。实验采用发散度甚小的He-Ne激光作为光源，满足入射光为平行光的条件。为满足夫琅和费衍射条件，应尽量将显示衍射图像的屏远离单缝，即L1.00m，这样就可省去单缝后面的透镜。1. 观察单缝衍射现象按图一安排实验仪器，点亮He-Ne激光器，调节各元件共轴，使激光垂直照射于单狭缝的刀口面上，在距狭缝L处置以观察屏P，在狭缝夹座上依次放狭缝A，B和单丝，观察屏上出现的各种现象和变化规律，并作记录。最后固定缝宽，调整各元件使屏上的衍射图像清晰、对称、最亮，而且条纹间距适当，以利于测量。+2. 测定单缝衍射图像的相对光强分布移开衍射屏，用装有硅光电池的光强分布测示仪测出衍射光强。测量过程如下：打开激光电源，用小孔屏调整激光光路。打开检流计电源，预热及调零。测量线连接其输入孔与光电探头。调整二维调节架，选择所需要的单缝式双缝等对准激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光强。拿去小孔屏，调整一维光强测量装置使光电探头中心与激光束的高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。开始测量，转动手轮光电探头移动一定距离（如0.5mm或1mm），使硅光电池的进光狭缝从衍射图样的一边k=3(或k=2)的位置开始单向逐点扫描到另一边k=3(或k=2)的位置，每隔0.5mm1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。其中，应准确记下主极大、次极大和极小的位置及相对光强。3. 作出衍射光强分布图在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值绘出来，从坐标纸上作出的相对光强I/ I0与光电池位置X的关系曲线，就是衍射光强分布图，并与理论曲线作比较。测出狭缝与光电池的距离L，将各级的Xk（表示光强极小值点到中心点P0的距离）和L值代入公式Xk=kL/计算狭缝宽度，并求平均值，计算标准差。记录数据表格自拟。数据记录及处理衍射光强分布图实验值=632.8nm L=82cmXkIXkIXkIXkI以上测量是转动按图一光路，转动手轮使光电探头移动一定距离（如0.5mm或1mm）每隔0.5mm1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。将记录的数据用matlab软件或从坐标纸上作出的相对光强I与位置X的关系曲线。将各级的Xk（表示光强极小值点到中心点P0的距离）和L值代入公式Xk=kL/计算狭缝宽度，并求平均值，计算标准差。k代入公式Xk=kL/(cm)1LXkk2LXkk3LXkk讨论与思考1 在单缝衍射过程中缝宽增大或变窄时，衍射图样有何变