光衍射相对光强分布的测量.doc

.::光衍射相对光强分布的测量::. 图一光衍射相对光强分布的测量实验装置全图来源上海交通大学物理实验中心光的衍射现象是光的波动性的一种表现,它说明了光的直线传播规律只是衍射现象不显著时的近似结果。衍射现象的存在,深刻地反映了光子(或电子等其他微观粒子)的运动是受测不准关系制约的。因此研究光的衍射,不仅有助于加深对光的本性的理解,也是近代光学技术(如光谱分析、晶体分析、全息分析、光学信息处理等)的实验基础。衍射实验导致了光强在空间的重新分布,利用光电传感元件测量和探测光强的相对变化,是近代技术中常用的光强测量方法之一。.::实验预习::.、调整光的衍射实验光路;,归纳总结单缝衍射现象的规律和特点;,研究单缝和双峰衍射中相对光强的分布规律;。:夫琅和费衍射(远场)和菲涅耳衍射(近场)。本实验仅研究夫琅和费衍射。夫琅和费衍射要求光源和接受衍射图像的屏幕远离衍射物(如单缝等),即入射光和衍射光都是平行光。夫琅和费衍射光路见图1,其中,S是波长为l的单色光源,置于透镜L1的焦平面上时,单色光经L1后形成平行光束投射到缝宽为a的单缝上,通过狭缝后的衍射光经透镜L2会聚在其后焦平面处的屏P上,屏上将呈现出亮暗相间按一定规律分布的衍射图样。由惠更斯——菲涅耳原理可知,单缝衍射的光强分布公式为,(1)式中:a为单缝的宽度,I0为入射光光强,j为衍射光与光轴的夹角—衍射角。在衍射角j时,观察点的光强Ij值与光波波长l和单缝宽度a相关。[sin(u)/u]2常称为单缝衍射因子,表征衍射光场内任一点相对光e强(Ij/I0)的大小。若以sinj为横坐标,(Ij/I0)为纵坐标,可得到单缝衍射光强的分布谱(如图2所示)。当j=0时,Ij=I0(2)这是平行于光轴的光线会聚处——中央亮条纹中心点的光强,是衍射图像中光强的极大值,称为中央主极大。当asinj=kl,k=±1,±2,±3,……(3)则u=kπ,Ij=0,即为暗条纹。与此衍射角对应的位置为暗条纹的中心。实际上j角很小,因此上式可改写成(4)由图1也可看出,k级暗条纹对应的衍射角(5)故(6)由以上讨论可知(1)中央亮条纹的宽度被k=±1的两暗条纹的衍射角所确定,即中央亮条纹的角宽度为。(2)衍射角j与缝宽a成反比,缝加宽时,衍射角减小,各级条纹向中央收缩;当缝宽a足够大时(a>>l)。衍射现象就不显著,以致可略去不计,从而可将光看成是沿直线传播的。(3)对应任意两相邻暗条纹,其衍射光线的夹角为,即暗条纹是以点P0为中心、等间隔、左右对称地分布的。(4)位于两相邻暗条纹之间的是各级亮条纹,它们的宽度是中央亮条纹宽度的1/2。这些亮条纹的光强最大值称为次极大。用衍射角表示这些次极大的位置分别为(7)与它们相应的相对光强度分别为(8)实验内容1、用读数显微镜读取狭缝的宽度。读取三组数据:初刻度(mm)末刻度(mm)狭缝宽度(mm)         狭缝宽度取平均值为:   在使用读数显微镜时注意消除空程误差,因此在测量时,不要反复来回移动鼓