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单缝单丝衍射光强分布试验仪.doc


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单缝单丝衍射光强分布实验仪
篇一:单缝衍射光强分布的测定
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α。
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

α2
???8L
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。
当处于夫琅和费衍射区域,式中α是狭缝宽度,L是狭缝与屏之间的距离,λ是入射光的波长。实验时,若取α≤10-4m, L≥,入射光是
He-Ne激光,,就可满足上述条件。所以,实验时就可以采用如图一装置。
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
I?sinu????I0?u?
2
?αsin???u???
???
当衍射角?等于或趋于零时,即?=0(或?→0),按式,有
lim
sinu
?1u
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?满足
sin??k
?

α
?k??1,?2,??
时,u=k? 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?甚小,则
sin????k
?
α
故Xk=L?=kλL/α,当λ、L固定时,Xk与α成反比。缝宽α变大,衍射条纹变密;缝宽α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)??=2λ/α
各极极大的位置和相应的光强如下图三所示:
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L>>,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
α,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

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