单缝衍射的光强分布的测量.doc

【实验目的】
,加深对衍射理论的理解;
,掌握其分布规律;
。
【实验仪器】
半导体激光器,可调宽狭缝,硅光电池(光电探头),一维光强测量装置,WJF型数字检流计,小孔屏和WGZ--IIA导轨。
【实验原理】

当光在传播过程中经过障碍物,如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时,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[Fresnel diffraction],单缝距光源和接收屏[receiving screen]均为有限远[near field]或者说入射波和衍射波都是球面波;另一种是夫琅和费衍射[Fraunhofer diffraction],单缝距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(<)产生激光束[laser beam],通过一条很细的狭缝(~),,就可看到衍射条纹,它实际上就是夫琅和费衍射条纹,如图1所示。
当激光照射在单缝上时,根据惠更斯—菲涅耳原理[Huygens-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。
图1
激光的方向性机强,可视为平行光束;宽度为的单缝产生的夫琅和费衍射图样[pattern]其衍射光路图满足近似条件:

产生暗条纹[dark fringes]的条件是
(k=±1,±2,±3,…) (1)
暗条纹的中心位置为(2)
两相邻暗纹之间的中心是明纹中心[center of bright fringes];
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[intensity distribution of light]的规律为
(3)
式中,是狭缝宽[width],是波长[wavelength],是单缝位置到光电池[photocelll]位置的距离,是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离,其光强分布如图2所示。
图2
当相同,即相同时,光强相同,所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当时,,,在整个衍射图样中,此处光强最强,称为中央主极大[central main maximum];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,即时,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。中央亮条纹的宽度可用的两条暗条纹间的间距确定,;某一级暗条纹的位置与缝宽成反比,大,小,各级衍射条纹向中央收缩;当宽到一定程度,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)