衍射光强实验报告.doc

单缝衍射光强分布研究教学目的 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
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
亮 屏
光器(<)产生激光束 [laser beam]，
暗
通过一条很细的狭缝（ ～ 宽）， d x
在狭缝后大于 的地方放上观察屏，
D
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—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
x D D d
产生暗条纹 [ dark fringes] 的条件是：
暗条纹的中心位置为：
d sin k
x k D d
k 1,
2, 3,
（1）
（2）
两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心 [ 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：
I I 0
sin 2
2
d sin

（3）
sin 2
式中， d 是狭缝宽 [width] ， 是波长[wavelength]，
位置的距离，
D 是单缝位置到光电池 [photocelll] 1 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
I ( x )
如图 2 所示。
当 相同，即 x 相同时，光强相同，所以在屏0上得
到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当 0 时 ， 10
I I 0 2
2
x1 x 2 x
图x2 10
x 0 ， I I 0 ，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 D d 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 D d ；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，