实验一单峰和单丝衍射光强分布测量实验.doc

实验一单峰和单丝衍射光强分布测量实验光的衍射现象是光的波动性的一种表现,研究光的衍射,不仅有助于加深对光的本性的理解,同时对近代光学技术如X光晶体衍射、光谱分析、全息分析、光信息处理等实验,也是重要实验基础。。学习测量光衍射图样的空间分布的方法。研究光衍射图样的规律。学习用可移动硅光电池光电传感器测量光强分布的实验方法。 当用单色点或线可见光源,使通过大小与光波波长可以比拟的衍射元件,如狭缝、小孔,其大小约在m数量级以下时,在离衍射元件足够远处,可观察到明显的光线偏离直线传播方向进入几何影区,在离光衍射元件附近或较远处放一观测屏,可呈现一系列明、暗相同的条纹。通常将这种光线“绕弯”进入几何影区的现象称光的衍射或光的绕射。 光衍射的实验光路主要由光源、衍射元件和观察屏等,在光学平台上组装而成。光路中的三要素即光源、衍射元件和观察屏间距离大小将光衍射效应大致分成两种典型的光衍射图样。一种是衍射元件与光源和观察屏都相距无穷远,产生这种类型的光衍射叫做夫琅禾费衍射。另一种是上述三者间相距有限远,产生的光衍射叫做菲涅耳衍射。本实验着重研究夫琅禾费衍射。本实验采用激光器为光源,由于激光束平行度较佳,即光的发散角很小,光源与衍射元件间可省略透镜,实验光路图见图1。 根据光衍射分析,不同衍射元件将产生不同的光衍射图样和光强分布谱,在理想条件下,理论研究不同衍射元件产生的光衍射效应,得到对应的夫琅禾费衍射光强计算公式。1、单缝夫琅禾费衍射光强理论计算公式 Iθ=I0,, (1)上式表示强度I0的入射光正入射,在衍射角θ时,观测点的光强值Iθ与光波波长值和单缝宽度相关。常叫做单缝衍射因子,表征衍射光场内任一点相对强度(Iθ/I0)的大小。若以为横坐标,(Iθ/I0)为纵坐标,可得到单缝衍射光强分布谱。如图2所示。从图中可见,有零衍射光斑即主极大和高级衍射光斑即次极大。它们顺序出现在,,,…,的位置。各级次极大的光强与入射光强比值分别是I1/%,I2/%,I3/%,…,此外,在单缝衍射光强分布谱上还有暗斑。依次出现在,,,…,的位置。实验光路图远场接收图1 夫琅禾费衍射实验路单缝夫琅禾费衍射光强分布谱如图2所示。图2 单缝夫琅禾费衍射光强分布谱示意图2、单丝夫琅禾费衍射图样根据巴比涅(A、)原理,单丝的衍射图样与其互补的单缝的衍射图样,在自由光场为零的区域内是相同的。所谓有自由光场,是指无衍射屏时未受阻碍的光场。巴比涅原理对菲涅耳衍射也成立。采用场面(或焦面)接收装置,可以观察到单丝的夫琅禾费衍射图样。夫琅禾费衍射远场条件要求光源与狭缝(或单丝)、狭缝和观察屏的间距为无穷远。光源采用激光光源,因发散角很小,为实验方便,光源和狭缝(或单丝)间距离可以很近。而狭缝与观察屏的间距Z要适当远,才满足远场条件,即要求从缝中心和从缝边缘(两者间距为,a为缝宽)到达观察屏零级主极大的光程差远远要小于一个波长,即Z>>,因此,Z值由a和决定。 仪器结构单缝、单丝衍射光强分布实验仪由光具座、滑块、立柱、半导体激光器、可调夹缝及细丝、屏可移动探头的光功率计(位移有刻度)等组成,如图3所示。1、半导体激光器;2、立柱;3、光具座(带标尺);4、滑块;5、可调狭缝;6、光功率计的探测器(硅光电池)7、