论文：单缝衍射光强的分析.doc

光波的波振面受到阻碍时,光绕过障碍物偏离直线而进入几何阴影区,并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象,叫做光的衍射。研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动性的理解,同时还有助于进一步学习近代光学实验技术,如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光信息处理等。衍射使光强在空间重新分布,通过光电转换来测量光的相对强度,是近代测试技术的一个常用方法。光的衍射分菲涅耳近场衍射和夫琅禾费远场衍射两大类,其中夫琅禾费衍射在理论上处理较为简单。本实验仅研究单缝夫琅禾费衍射。
【实验目的】
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【实验器材】
图5-16-1 夫琅禾费单缝衍射
D光强分布仪、He-Ne激光器、单缝、偏振光减光器。
【实验原理】
夫琅禾费单缝衍射的光强分布规律
图5-16-2 单缝衍射的相对光强分布
如图5-16-1所示,将单色点光源S置于透镜L1的前焦点上, 从L1中射出的平行光垂直照射在宽度为a的狭缝上,通过狭缝所形成的衍射光经透镜L2会聚到位于其后焦平面的观察屏上,衍射光在观察屏上形成一组明暗相间的条纹。中央条纹最亮,其宽度约为其它亮条纹宽度的两倍,这组条纹就是夫琅禾费单缝衍射条纹。
设中央亮纹的光强为,可以导出夫琅禾费单缝衍射的光强分布规律为
(5-16-1)
若为平行光垂直射向单缝,则

式中是单色光的波长;是为单缝的宽度;是衍射角。
根据上面的光强公式,可得单缝衍射的特征如下:(见图5-16-2)
当α=0时,光强最大,最大光强称为主极大,主极大的强度与光源强度和缝的宽度有关。当(其中k=±1,±2,±3…)时,光强为零,出现暗纹,暗纹处的衍射角满足。另外,相邻两暗纹间都有一个次极大。通过计算可知,这些次极大出现在,,,…处,,,…。
图5-16-3 夫琅禾费单缝衍射
若用He-Ne激光器作光源,则由于激光束的方向性好,能量集中,且缝宽a一般很小,这样就可以不用透镜L
1 。又若观察屏(或接收器)距离狭缝较远,则透镜L2也可以不用,这样夫琅禾费衍射装置就可简化为如图5-16-3。
本实验用光强分布仪作接收器,它采用了有高速运转速度的“时序-空序”转换器,当衍射花样的光强照射在采光窗上后,通过“时序-空序”转换器,把衍射花样的相对光强按空间位置变化的函数变为按时间变化的函数,并变成与光强成线性关系的光电流,将电信号适当放大后送到计算机供显示和测量。
【实验内容】
一、仪器的布置与调整
-16-4所示,将He-Ne激光器安置在光学导轨的一端,在另一端放置一可以横向移动和上下升降的支架,光强仪固定在支架上。关闭光强仪上的电源开关。
-Ne激光器电源,适当调整激光器和光强仪,将激光束射至光强仪采光窗的中部,并垂直采光窗所在平面。
,适当调整其高度,让激光束垂直通过单缝的中部。将衍射光投射在一张白纸上,观察单缝衍射图样。
,用来控制入射光的强度。
图5-16-4 微机型LM99PC安装图
1–计算机数据采集盒 2-LM601/D光强仪 3–置于光栅架上的组合光栅片 4-