衍射实验报告

1、单缝衍射光强分布研究教学目的 1、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；2、学会使用衍射光强实验系统，并能用其测定单缝衍射的光强分布；3、形成实事求是 的科学态度和严谨、细致的工作作风。重点：sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用难点：1)激光光线与光电仪接收管共轴调节；2)光传感器增益度的正确调整讲授、讨 论、实验演示相结合3学时一、实验简介光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动是受 测不准关系制约的。因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是近代光学 技术(如光谱分析，晶体分析，全息分析，光学信息处理等)的实验基础。衍射导致光强在空间的重新

2、分布，利用光电传感元件探测光强的相对变化，是近代技术 中常用的光强测量方法之一。二、实验目的1、学会sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法；2、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解；3、学会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律；4、学会用衍射法测量狭缝的宽度。三、实验原理1、单缝衍射的光强分布当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等，一部分 光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么 这样的衍射 现象就比较容易观察到。单缝衍射single-slit diffraction有两种：一种是菲涅耳衍射fr

3、esnel diffraction， 单 缝距离光源和接收屏receiving screen均为有限远near field，或者说入射波和衍射 波都是球面波；另一种是夫琅禾费衍射fraunhofer diffraction，单缝距离光源和接收屏 均为无限远far field或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。在用散射角scattering angle极小的激 光器(0.002rad)产生激光束laser beam，通过一条很细的狭缝(0.10.3mm宽)，在狭缝后大于0.5m的地方放上观察屏，禾费衍 射条纹，如图1所示。当激光照射在单缝上时，根据惠更斯一菲涅耳原理huygens-

4、fresnel principle，单 缝 上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以 得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。激光的方向性强，可视为平行光束。宽度为d的单缝产生的夫琅禾费衍射图样pattern， 其衍射光路图满足近似条件：sin?xd?d?d?产生暗条纹dark fringes的条件是：dsin?k? ?k?1,?2,?3,?暗条纹的中心位置为：x?k?dd(2)两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心center of bright fringes o由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布intensitydistri

5、bution of light的规律为：式中，d是狭缝宽width, ?是波长d是单缝位置到光电池photocelll i（x）如图2所示。当?相同，即x到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当?0时，?1012x10图2 xx?0，i?i0，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大central mainmaximum；中央明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。当？k?k?1,?2,?，即 x?k?dd时，i?0，在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央亮条纹的宽度x可用k?1的两条 暗条纹间的间距确定，？x?2?dd；某一级暗条纹的位置与

6、缝宽d成反比，d大，x小，各级衍射条纹向中央收缩；当d宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央 位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿几何直线传播的。次极大secondary maximum明纹与中央明纹的相对光强分别为：（4）2、衍射障碍宽度d的测量由以上分析，如已知光波长?，可得单缝的宽度计算公式为d?k?d（5）x因此，如果测到了第k级暗条纹的位置x，用光的衍射可以测量细缝的宽度d。同理， 如已知单缝的宽度d，可以测量未知的光波长?。3、光电检测光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的 理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间

7、重新分布，利用光电 元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。当在小孔屏位置处放上硅光电单缝池和一维光强读数装置，与数字检流计（也称光点检流计）相连的硅光电池可沿衍射 展开方向移动，那么数字检流计所显示出来的光电流的大小就与落在硅光电池上的光强成正比，实验装置如图3所示。根据硅光电池的光电特性可知，光电流和入射光能量成正比，只要工作电压不太小，光 电流和工作电压无关，光电特性是线性关系。所以当光电池与数字检流计构成的回路内电阻恒定时，光电流的相对强度就直接表示了光的相对强度。由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各个点位置处的光强，所以在硅 光电池 前装一细

8、缝光栏（0.5mm），用以控制受光面积，并把硅光电池装在带有螺旋测微装置的底座 上，可沿横向方向移动，这就相当于改变了衍射角。四、实验仪器sgs-3型衍射光强实验系统：单色光源：he?ne激光器；衍射器件：可调单缝、多 缝板、多孔板、光栅；接收器件：光传感器、光电流放大器、白屏；光具座：1m硬铝 导轨。附1：二维调节滑动座这是光具座上使用的一种有特殊装置的滑动座，4个旋钮分列两侧，其中一侧有3个， 上方的用于调节光学器件（如狭缝）在竖直平面内的转角，使器件铅直，中间的用于横向调 节；下面的用于锁定滑动座在导轨上的位置。附2：移动测量架主要机构是一个百分鼓轮控制精密丝杠，使一个可调狭缝往复移动，

9、并由指针在直尺上 指示狭缝的位置，狭缝前后分别有进光管和安装光电探头的圆套筒。鼓轮转动一周，狭缝移 动1mm，所以鼓轮转动一个小格，狭缝（连同光电探头）只移动0.01mm。附3：光传感器主要由硅光电探测器用于相对光强测量，波长范围：2001050nm。附4：数显光电流 放大器通过xs12k3p接插件（航空插头）与光传感器连接，可在与测量相对光强有关的实验中 使用。该仪器操作简便，前面板上除数字显示窗和开关外，只设一个增益调节旋钮。如遇较 高光强超出增益调节范围而溢出（窗口显示“1”），可酌情减小增益或减小狭缝宽度，以恢 复正常显示。五、实验内容与步骤按图4安装好各实验装置。开启光电流放大器，预

10、热10 20分钟。图41激光器，2 一单缝，3一光导轨，4一小孔屏，5一光电探头，6 一 一维测量装置，7一数字检流计篇三：电子衍射实验报告电子衍射实验报告一、目的：通过实验，验证德布罗意波。二、原理：由德布罗意公式 TOC o 1-5 h z h?（1）式中?单位是埃；v是加速电压，单位是伏特。晶体对电子波衍射的关系式由布拉格定 律给出：2dsin?n?（2）式中n代表以整数表示的衍射级数，d是晶面间距，？为掠射角。设一束电子透过多晶样品，产生的衍射环半径为r，散射角为2?，样品到荧光屏的距离 为d （见图1）。有d?tg2?r（3）因?很小，tg2?2sin?代入（2）式得rd?d（4）对

11、立方晶系有d?a（5）ar?由（4）、（5）式得：?d11（6）图1三、实验仪器：df-8型电子衍射仪四、实验数据（金属样品到荧光屏距离d=259mm?5mm）（样品为多晶金au晶格常数a=4.0786?）说明：由多次实验求出的晶格常数相加求平均值与金的晶格常数对比验证。2篇四：x射线衍射实验报告x射线衍射实验报告摘要：本实验通过了解到X射线的产生、特点和应用；理解x射线管产生连续x射线谱和特征 X射线谱的基本原理，了解d8xx射线衍射仪的基本原理和使用方法，通过分析软件对测量样 品进行定性的物相分析。关键字：布拉格公式晶体结构，x射线衍射仪，物相分析引言：x射线最早由德国科学家w.c. ro

12、entgen在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿 透性，又因x射线是不带电的粒子流，所以在电磁场中不偏转。1912年劳厄等人发现了 x射 线在晶体中的衍射现象，证实了 x射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm 到10-2nm之间，与晶体中原子间的距离为同一数量级，是研究晶体结构的有力工具。物相 分析中的衍射方法包括x射线衍射，电子衍射和中子衍射三种，其中x射线衍射方法使用最 广，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射仪法。实验目的：1. 了解x射线衍射仪的结构及工作原理熟悉x射线衍射仪的操作掌握运用x射线衍射分析软件进行物相分析的方法实验原理：x射线的产生和x射线的光谱实

13、验中通常使用x光管来产生x射线。在抽成真空的x光管内，当由热阴极发出的电子 经高压电场加速后，高速运动的电子轰击由金属做成的阳极靶时，靶就发射x射线。发射出 的x射线分为两类：(1)如果被靶阻挡的电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱 的辐射。这种辐射叫做轫致辐射；(2)当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连 续的、只有几条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。对于特征x光谱分为k系谱线:外层电子填k层空穴产生的特征x射线ka、kp l系谱线：外层电子填l层空穴产生的特征x射线la、lp如下图1 图1特征x射线x射线与物质的作用x射线与物质相互作用产生各种

14、复杂过程。就其能量转换而言，一束x射线通过物质分 为三部分：散射，吸收，透过物质沿原来的方向传播，如下图2,其中相干散射是产生衍射 花样原因。图2 x射线与物质的作用晶体结构与晶体x射线衍射晶体结构可以用三维点阵来表示。每个点阵点代表晶体中的一个基本单元，如离子、原 子或分子等。空间点阵可以从各个方向予以划分，而成为许多组平行的平面点阵。因此，晶体可以看 成是由一系列具有相同晶面指数的平面按一定的距离分布而形成的。各种晶体具有不同的基 本单元、晶胞大小、对称性，因此，每一种晶体都必然存在着一系列特定的d值，可以用于 表征不同的晶体。x射线波长与晶面间距相近，可以产生衍射。晶面间距d和x射线的波

15、长的关系可以用 布拉格方程来表示2dsin0 =nA根据布拉格方程，不同的晶面，其对x射线的衍射角也不同。因此，通过测定晶体对x 射线的衍射，就可以得到它的X射线粉末衍射图。如下图3就是衍射仪的图谱。图3 x射线衍射图谱物相鉴定原理任何结晶物质均具有特定晶体结构（结构类型，晶胞大小及质点种类，数目，分布）和 组成元素。一种物质有自己独特的衍射谱与之对应，多相物质的衍射谱为各个互不相干，独 立存在物相衍射谱的简单叠加。衍射方向是晶胞参数的函数（取决于晶体结构）；衍射强度是结构因子函数（取决于晶胞 中原子的种类、数目和排列方式）。任何一个物相都有一套d-i特征值及衍射谱图。因此，可 以对多相共存的

16、体系进行全分析。也就是说实验测得的图谱与数据库中的已知x射线粉末衍 射图对照，通过两者的匹配性就可以确定它的物相。实验仪器本实验中使用的是德国布鲁克公司d8 x射线衍射仪其核心部件是：1）高压发生器与x光管2）精度测角仪与b-b衍射几何3）光学系统及其参数选择对采集数据质量影响4）探测器5）控测、采集数据与数据处理仪器设计原理：r1=r2=r，试样转。角，探测器转20角（2。/0偶合）或试样不动，光 管转。，探测器转。（0 / 0偶合），其基本结构原理图如下图4图4 x射线衍射仪设计原理聚焦圆随衍射角大小而变化，衍射角越大、聚焦圆半径越小，当20 =0，聚焦圆半径r= 8；当 20 =1800

17、 时，r=r/2,且 r = r/2sin0。实验步骤一，样品制备将待测粉末样品在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，使试样面与玻璃表面齐平，二，d8 x射线衍射仪使用测量衍射图谱1.按照d8 x射线衍射仪操作规程开机。（1）开总电源。（2）开电脑。（3）开循环水。（4）开仪器电源（按绿色按钮，由4灯全亮变成on和alarm灯亮）。（5）开x-ray高压（右侧扳手顺时针向上扳45度保持35秒，直到ready灯亮）。（6）开bias （在前盖盘内）。0.10900，步长大些，快速扫描。然后，参照第前面的谱线，把扫描起始角放在第一个 峰前一点，把终止角放在最后一个峰后一点。对于一般定性分析用连续扫描

18、。对于定量分析 （例如无标样定量相分析等）对强度要求高，就用步进扫描。按照d8 x射线衍射仪操作规程关机。（3）关x-ray高压（右侧扳手逆时针向上扳45度），再等5分钟。（4）关仪器电源（按红色按钮）。（5）关循环水（关仪器电源后迅速关水）。（6）关bias （在前盖盘内）。（7）关电脑。（8）关总电源。三，eva软件对图谱处理进行物相分析（1）将待处理的数据文件导入。点击file/import/scan调入原始数据文件*.raw 进行处（2）在toolbox框内进行数据处理。i）扣背景：点击backgnd/点击default/点击replace，显示扣背景处理后的数据（也可以点击backg

19、nd，把门槛threshold改为“0”，上下移动滑块，调整至合适背景，点击“replace”，显示扣背景处理后的数据）。ii）删除k：点击strip k/点击default/点击replace，显示处理后的数据（也可以上下移动滑块调整至合适，单击replace，显示处理后的数据）。iii）平滑处理：单击smooth/点击default/点击replace，显示处理后的数据（也可以设定需要平滑的参数，左右或上下移动滑块进行调整，合适后单击replace，显示处理后的数据）。iv）寻峰：点击peak search，设定寻峰参数（门槛threshold与峰宽width标定，可以上下移动滑块进行调整

20、）。点击“ append to list ”标定全谱衍射d值（标定漏峰只需按左键将“I”拖移至峰顶点击即可，删除峰可点击删除峰与“X”即可），此时数据在peak状态列于框内。（2）选定所有的峰，单击made dif生成dif文件。（4）物相的定性分析：点击search/match。在search/match框内选择前三个quality marks，选择可能的元素，并选择pattern，点击search进行检索/匹配。（先选toggle all/ 点击左上角的元素“h”可以将所有的元素变为红色，即肯定没有。/选择肯定有的点成绿色。 /选择可能有的点成灰色。红色肯定没有。）。最后根据列表给出的可能

21、物质通过比较卡片内的 谱线和实际测量出谱线的吻合程度来确定组成成分，也就完成了 x射线衍射的初步分析工作。 篇五：xrd衍射实验报告化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：xrd物相鉴定和图谱标定年级：09级材料化学日期：2011-9-7姓名： 蔡鹏 学号：222009316210096 同组人：邹磊预习部分：x衍射原理：x射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果。晶体所产生 的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特征，可以认为 由两个方面的内容组成：一方面是衍射线在空间的分布规律，（称之为衍射几何），衍射线的分布规律是晶胞的大 小、形状和位

22、向决定另一方面是衍射线束的强度，衍射线的强度则取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。x射线衍射理论所要解决的中心问题：在衍射现象与晶体结构之间建立起定性和定量的 关系。布拉格方程：2dsin?n?根据布拉格方程，sin?不能大于1，因此：对衍射而言，n的最小值为1，所以在任何 可观测的衍射角下，产生衍射的条件为?2d，这也就是说，能够被晶体衍射的电磁波的波 长必须小于参加反射的晶面中最大面间距的二倍，否则不能产生衍射现象。若将布拉格方程中的n隐含在d中得到简化的布拉格方程：2dhklnsin?,令 dhkl?dhkln则有：2dhklsin?把（hkl）晶面的n级反射看成为与（hkl）晶面平行

23、、面间距为（nh,nk,nl）的晶面的一 级反射。面间距为dhkl的晶面并不一定是晶体中的原子面，而是为了简化布拉格方程所引入 的反射面，我们把这样的反射面称为干涉面。干涉面的面指数称为干涉指数。应用现状目前x射线衍射（包括散射）已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效 方法。在金属中的主要应用有以下方面：物相分析是x射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把对 材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相； 后者则根据衍射花样的强度，确定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的关系和检查 材料的成分配比及随后的处理规程是否合理等

24、方面都得到广泛应用。精密测定点阵参数常用于相图的固态溶解度曲线的测定。溶解度的变化往往引起点阵常 数的变化；当达到溶解限后，溶质的继续增加引起新相的析出，不再引起点阵常数的变化。 这个转折点即为溶解限。另外点阵常数的精密测定可得到单位晶胞原子数，从而确定固溶体 类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。取向分析包括测定单晶取向和多晶的结构（见择优取向）。测定硅钢片的取向就是一例。 另外，为研究金属的范性形变过程，如挛生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。晶粒（嵌镶块）大小和微观应力的测定由衍射花样的形状和强度可计算晶粒和微应力的 大小。在形变和热处理过程中这两者有明显变化，它直接影响材料的性能。宏观应力的测定宏观残留应力的方向和大小，直接影响机器零件的使用寿命。利用测量 点阵平面在不同方向上的间距的变化，可计算出残留应力的大小和方向。对晶体结构不完整性的研究包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程 有序，原子偏聚等方面的研究（见晶体缺陷）。合金相变包括脱溶、有序无序转变、