单缝衍射的光强分布及测量.ppt

单缝衍射的光强分布及测量
制作人:刘兰君
河南工程学院
大学物理实验示范中心
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实验目的
,加深对衍射理论的理解。
,掌握其分布规律。
,计算单缝的宽度。
实验原理
光的衍射分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射。
菲涅耳衍射(近场衍射):衍射物与光源和接收屏的间距为有限远。
夫琅和费衍射(远场衍射):衍射物与光源和接收屏的距离都是无穷远。入射波和衍射波都可看作是平面波。
在实验室条件下,用激光作为光源(激光的光束细、方向性好、亮度高,可看作是平行光),将观察屏放在较远处(使其与缝的距离远远大于缝宽),就可以满足夫琅和费的远场条件。
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夫琅和费单缝衍射:缝宽a
P0点位于光轴上,是中央亮纹的中心,其光强为I0;与光轴成θ角的衍射光束落在P点,夫琅和费单缝衍射光强分布规律为:
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根据光强分布规律可知:
(1)u=0 , 即衍射角θ=0时,P处的光强I=I0为最大值,称中央主极大。
(2)u=kπ, 即衍射角θ满足 asinθ=kλ( ) 时,I=0为极小值,即P处出现暗纹。k为级次。θ角很小,第k级暗纹所对应的衍射角可表示为:
( )
若第k级极小值与中心点P0的距离为xk ,则第k级暗纹所对应的衍射角为:
(3) 时,中央主极大两侧暗纹间的角宽度(中央亮纹的角宽度)为:
( )
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其他任意相邻暗纹间的角宽度为:
(4)次极大值的位置在处,其相对光强I/,,,…。
夫琅和费单缝衍射图样的特点:
中央主极大亮纹宽度是各级次极大亮纹宽度的两倍;中央主极大两侧的各级极小是等间隔的、次极大是不等间隔的;绝大部分光能落在中央亮纹上。
用氦氖激光器作光源,由于激光束的方向性好,能量集中,且缝的宽度a一般很小,这样就可以不用透镜L1,若观察屏(接受器)距离狭缝也较远(即D远大于a)则透镜L2也可以不用,这样,夫琅禾费单缝衍射装置就简化为下图。
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这时:
由以上式可得
因此,如果测到了第K级暗纹的位置,用光的衍射可以测量细缝的宽度。
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夫琅禾费衍射的光强分布
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实验装置
WQJ-II型光强分布测定仪、WJF-
型数字式检流计
1、激光电源 2、激光器 3、单缝或双缝等及二维调节架
4、小孔屏 5、导轨 6、光电探头
7、一维光强测量装置 8、WJF型数字式检流计
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