單縫衍射光強(qiáng)分布的測(cè)定.pdf

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1、.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)單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研究手段和方法。所以，研究衍射現(xiàn)象及其規(guī)律，在理論和實(shí)踐上都有重要意義。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀(guān)察單縫衍射現(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。實(shí)驗(yàn)儀器光具導(dǎo)軌座，He-Ne激光管及電源，二維調(diào)節(jié)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

2、電探頭，小孔屏，數(shù)字式檢流計(jì)（全套）等。實(shí)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，改變光的直線(xiàn)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。本實(shí)驗(yàn)只研究夫瑯和費(fèi)衍2α8L射。理想的夫瑯和費(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)。如圖二單縫衍射的光路圖實(shí)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(mǎn)

3、足上述條件。所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)就可以采用如圖一裝置。1、導(dǎo)軌2、激光電源3、激光器4、單縫或雙縫二維調(diào)節(jié)架5、小孔屏6、一維光強(qiáng)測(cè)量裝置7、WJF型數(shù)字式檢流計(jì)..根據(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2IsinuαsinuI0u當(dāng)衍射角等于或趨于零時(shí)，即=0（或→0），按式，有sinulim1u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(mǎn)足sinkk1,2,α?xí)r，ｕ=k則I=0，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)為極?。ò禇l紋），k稱(chēng)為極小值級(jí)次。若用Xk表示光強(qiáng)極小值點(diǎn)

4、到中心點(diǎn)P0的距離，因衍射角甚小，則sinkα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，兩相鄰暗紋的衍射角之差為=λ/α。兩相鄰暗紋間的亮紋稱(chēng)為次極大。sin0±1.43λ/α±2.46λ/α±3.47λ/α?II00.47I00.017I00.008I0?各極極大的位置和相應(yīng)的光強(qiáng)如下圖三所示：圖三單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟實(shí)驗(yàn)裝置如圖一所示，按圖搭好實(shí)驗(yàn)

5、儀器。實(shí)驗(yàn)采用發(fā)散度甚小的He-Ne激光作為光源，滿(mǎn)足入射光為平行光的條件。為滿(mǎn)足夫瑯和費(fèi)衍射條件，應(yīng)盡量將顯示衍射圖像的屏遠(yuǎn)..離單縫，即L>>1.00m，這樣就可省去單縫后面的透鏡。1.觀(guān)察單縫衍射現(xiàn)象按圖一安排實(shí)驗(yàn)儀器，點(diǎn)亮He-Ne激光器，調(diào)節(jié)各元件共軸，使激光垂直照射于單狹縫的刀口面上，在距狹縫L處置以觀(guān)察屏P，在狹縫夾座上依次放狹縫A，B和單絲，觀(guān)察屏上出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和變化規(guī)律，并作記錄。最后固定縫寬α，調(diào)整各元件使屏上的衍射圖像清晰、對(duì)稱(chēng)、最亮，而且條紋間距適當(dāng)，以利于測(cè)量。+2.測(cè)

6、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(xiàn)連接其輸入孔與光電探頭。調(diào)整二維調(diào)節(jié)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高低一致，移動(dòng)方向與激光束垂直，起始位置適當(dāng)。開(kāi)始測(cè)量，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪光電探頭移動(dòng)一定距離（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)

7、的位置開(kāi)始單向逐點(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)準(zhǔn)確記下主極大、次極大和極小的位置及相對(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(xiàn)，就是衍射光強(qiáng)分布圖，并與理論曲線(xiàn)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)極小值點(diǎn)到中心點(diǎn)P0的距離）和L值代入公式Xk=kλL/α計(jì)算

8、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)分布圖實(shí)驗(yàn)值λ=632.8nmL=82cmXk?I?Xk?I?Xk?I?Xk?I?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)一定距離（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(xiàn)。將各級(jí)的Xk（表示光強(qiáng)極小值點(diǎn)到中心點(diǎn)P0的距離）和L值..代入公式X