單縫單絲衍射光強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)儀

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單縫衍射光強(qiáng)分布的測(cè)定

光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性又一重要特征。單縫衍射是衍射現(xiàn)象中最簡(jiǎn)潔的也是最典型的例子。在近代光學(xué)技術(shù)中，如光譜分析、晶體分析、光信息處理等到領(lǐng)域，光的衍射已成為一種重要的討論手段和方法。所以，討論衍射現(xiàn)象及其規(guī)律，在理論和實(shí)踐上都有重要意義。

試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.觀看單縫衍射現(xiàn)象及特點(diǎn)。2.測(cè)定單縫衍射時(shí)的相對(duì)光強(qiáng)分布

3.應(yīng)用單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算縫的寬度α。

試驗(yàn)儀器

光具導(dǎo)軌座，He-Ne激光管及電源，二維調(diào)整架，光強(qiáng)分布測(cè)定儀，可調(diào)狹縫，狹縫A、B。擴(kuò)束鏡與起偏聽(tīng)偏器，分劃板，光電探頭，小孔屏，數(shù)字式檢流計(jì)（全套）等。

試驗(yàn)原理

光在傳播過(guò)程中遇到障礙時(shí)將繞過(guò)障礙物，轉(zhuǎn)變光的直線傳播，稱(chēng)為光的衍射。光的衍射分為夫瑯和費(fèi)衍射與菲涅耳衍射，亦稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)衍射與近場(chǎng)衍射。本試驗(yàn)只討論夫瑯和費(fèi)衍

α2

???8L

射。抱負(fù)的夫瑯和費(fèi)衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。單縫的夫瑯和費(fèi)衍射如圖二所示。

當(dāng)處于夫瑯和費(fèi)衍射區(qū)域，式中α是狹縫寬度，L是狹縫與屏之間的距離，λ是入射光的波長(zhǎng)。試驗(yàn)時(shí)，若取α≤10-4m,L≥1.00m，入射光是

He-Ne激光，其波長(zhǎng)是632.8nm,就可滿意上述條件。所以，試驗(yàn)時(shí)就可以采納如圖一裝置。

依據(jù)惠更斯-菲涅耳原理，可導(dǎo)出單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律為

I?sinu????I0?u?

2

?αsin???u???

???

當(dāng)衍射角?等于或趨于零時(shí)，即?=0（或?→0），按式，有

lim

sinu

?1u

故I=I0，衍射花樣中心點(diǎn)P0的光強(qiáng)達(dá)到最大值（亮條紋），稱(chēng)為主極大。當(dāng)衍射角?滿意

sin??k

?

α

?k??1,?2,??

時(shí)，ｕ=k?則I=0，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)為微?。ò禇l紋），k稱(chēng)為微小值級(jí)次。若用Xk表示光強(qiáng)微小值點(diǎn)到中心點(diǎn)P0的距離，因衍射角?甚小，則

sin????k

?

α

故Xk=L?=kλL/α,當(dāng)λ、L固定時(shí)，Xk與α成反比?？p寬α變大，衍射條紋變密；縫寬α變小，衍射條紋變疏。同時(shí)可推導(dǎo)出中央主極大的角度（即±1級(jí)暗紋的間距）??=2λ/α

各極極大的位置和相應(yīng)的光強(qiáng)如下圖三所示：

試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

試驗(yàn)裝置如圖一所示，按圖搭好試驗(yàn)儀器。試驗(yàn)采納發(fā)散度甚小的He-Ne激光作為光源，滿意入射光為平行光的條件。為滿意夫瑯和費(fèi)衍射條件，應(yīng)盡量將顯示衍射圖像的屏遠(yuǎn)

離單縫，即L1.00m，這樣就可省去單縫后面的透鏡。1.觀看單縫衍射現(xiàn)象

按圖一支配試驗(yàn)儀器，點(diǎn)亮He-Ne激光器，調(diào)整各元件共軸，使激光垂直照耀于單狹縫的刀口面上，在距狹縫L處置以觀看屏P，在狹縫夾座上依次放狹縫A，B和單絲，觀看屏上消失的各種現(xiàn)象和變化規(guī)律，并作記錄。最終固定縫寬α，調(diào)整各元件使屏上的衍射圖像清楚、對(duì)稱(chēng)、最亮，而且條紋間距適當(dāng)，以利于測(cè)量。+2.測(cè)定單縫衍射圖像的相對(duì)光強(qiáng)分布

移開(kāi)衍射屏，用裝有硅光電池的光強(qiáng)分布測(cè)示儀測(cè)出衍射光強(qiáng)。測(cè)量過(guò)程如下：打開(kāi)激光電源，用小孔屏調(diào)整激光光路。

打開(kāi)檢流計(jì)電源，預(yù)熱及調(diào)零。測(cè)量線連接其輸入孔與光電探頭。

調(diào)整二維調(diào)整架，選擇所需要的單縫式雙縫等對(duì)準(zhǔn)激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光強(qiáng)。拿去小孔屏，調(diào)整一維光強(qiáng)測(cè)量裝置使光電探頭中心與激光束的凹凸全都，移動(dòng)方向與激光束垂直，起始位置適當(dāng)。

開(kāi)頭測(cè)量，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪光電探頭移動(dòng)肯定距離（如0.5mm或1mm），使硅光電池的進(jìn)光狹縫從衍射圖樣的一邊k=3(或k=2)的位置開(kāi)頭單向逐點(diǎn)掃描到另一邊k=3(或k=2)的位置，每隔0.5mm~1.0mm）記錄一次光強(qiáng)值，從數(shù)字檢流計(jì)（置適當(dāng)量程）上讀取一個(gè)數(shù)值，逐點(diǎn)記錄下來(lái)。其中，應(yīng)精確?????登記主極大、次極大和微小的位置及相對(duì)光強(qiáng)。3.作出衍射光強(qiáng)分布圖

在坐標(biāo)格子上以橫軸為距離，縱軸為光強(qiáng)，將記錄下來(lái)的數(shù)值繪出來(lái)，從坐標(biāo)紙上作出的相對(duì)光強(qiáng)I/I0與光電池位置X的關(guān)系曲線，就是衍射光強(qiáng)分布圖，并與理論曲線作比較。

測(cè)出狹縫與光電池的距離L，將各級(jí)的Xk（表示光強(qiáng)微小值點(diǎn)到中心點(diǎn)P0的距離）和L值代入公式Xk=kλL/α計(jì)算狹縫α寬度，并求平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。

記錄數(shù)據(jù)表格自擬。

數(shù)據(jù)記錄及處理

衍射光強(qiáng)分布圖試驗(yàn)值

以上測(cè)量是轉(zhuǎn)動(dòng)按圖一光路，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使光電探頭移動(dòng)肯定距離（如0.5mm或1mm）每隔0.5mm~1.0mm）記錄一次光強(qiáng)值，從數(shù)字檢流計(jì)（置適當(dāng)量程）上讀取一個(gè)數(shù)值，逐點(diǎn)記錄下來(lái)。將記錄的數(shù)據(jù)用matlab軟件或從坐標(biāo)紙上作出的相對(duì)光強(qiáng)I與位置X的關(guān)系曲線。

將各級(jí)的Xk（表示光強(qiáng)微小值點(diǎn)到中心點(diǎn)P0的距離）和L值

代入公式Xk=kλ

L/α計(jì)算狹縫α寬度，并求平均值，計(jì)