衍射光强实验报告.docx

教学目的 1 、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；
2、学会使用衍射光强实验系统，并能用其测定单缝衍射的光强分布；
3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
重点：SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用
难点： 1）激光光线与光电仪接收管共轴调节； 2）光传感器增益度的正确调整 讲授、讨论、实验演示相结合
3 学时
一、 实验简介
光的衍射现象是光的波动性的一种表现。 衍射现象的存在， 深刻说明了光子的运动 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。
衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感元件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。
二、 实验目的
1、 学会SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法；
2、 观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解；
3、 学会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律；
4 、学会用衍射法测量狭缝的宽度。
三、 实验原理
1、单缝衍射的光强分布
当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等， 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
缝距离光源和接收屏 [receiving screen] 均为有限远 [near field] ，或者说入射波和衍 射波都
是球面波；另一种是夫琅禾费衍射 [Fraunhofer diffraction] ，单缝距离光源和接收屏 均为
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（〜）， ， 就可以看到衍射条纹，它实际上就是夫琅 禾费衍射条纹，如图1所示。
图1
当激光照射在单缝上时，根据惠更斯一菲涅耳原理［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
激光的方向性强，可视为平行光束。宽度为
d的单缝产生的夫琅禾费衍射图样
［pattern］，其衍射光路图满足近似条件：
sin xD D d
产生暗条纹［dark fringes］ 的条件是：
dsin k k 1, 2, 3,
暗条纹的中心位置为：
x k%
两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心 ［ce nter of bright frin ges］
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 ［inten sity
distribution of light］ 的规律为：
sin2 d sin
I I。一—
式中，d是狭缝宽［width］， 是波长［wavelength］，
D是单缝位置到光电池［photocelll］ 位置的距离，x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。
当 相同，即x相同时，光强相同，所以在屏上得
(1)
(2)
。
(3)
2 sin
0 2
到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当
0时,
x 0 , I Io，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 k k 1, 2,，即x k Dd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 x可用k 1的两
条暗条纹间的间距确定， x 2 Dd ;某一级暗条纹的位置与缝宽d成反比，d大，x
小，各级衍射条纹向中央收缩；当d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:
--,,,
I 0
（4）
2、衍射障碍宽度
d