单缝衍射光强分布的测定.doc

1 单缝衍射光强分布的测定光的衍射现象是光的波动性又一重要特征。单缝衍射是衍射现象中最简单的也是最典型的例子。在近代光学技术中, 如光谱分析、晶体分析、光信息处理等到领域, 光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。所以, 研究衍射现象及其规律, 在理论和实践上都有重要意义。实验目的 1. 观察单缝衍射现象及特点。 2. 测定单缝衍射时的相对光强分布 3. 应用单缝衍射的光强分布规律计算缝的宽度α。实验仪器光具导轨座, He-Ne 激光管及电源, 二维调节架, 光强分布测定仪, 可调狭缝, 狭缝 A、 B 。扩束镜与起偏听偏器,分划板,光电探头,小孔屏,数字式检流计(全套)等。实验原理光在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物, 改变光的直线传播, 称为光的衍射。光的衍射分为夫琅和费衍射与菲涅耳衍射, 亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射, 其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射如图二所示。当处于夫琅和费衍射区域, 式中α是狭缝宽度,L 是狭缝与屏之间的距离,λ是入射光的波长。实验时,若取α≤ 10-4 m,L≥ ,入射光是 He-Ne 激光,其波长是 632 .8nm, 就可满足上述条件。所以,实验时就可以采用如图一装置。??? L8 2α如图二单缝衍射的光路图 1 、导轨 2、激光电源 3 、激光器 4、单缝或双缝二维调节架 5 、小孔屏 6 、一维光强测量装置 7、 WJF 型数字式检流计 2 根据惠更斯- 菲涅耳原理,可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角?等于或趋于零时,即?=0 (或?→0) ,按式,有故 I=I 0 ,衍射花样中心点 P 0 的光强达到最大值(亮条纹) ,称为主极大。当衍射角?满足时,u =k ?则 I=0 , 对应点的光强为极小( 暗条纹),k 称为极小值级次。若用 X k 表示光强极小值点到中心点 P 0 的距离,因衍射角?甚小,则故X k =L ?=kλL/α,当λ、L 固定时, X k与α成反比。缝宽α变大,衍射条纹变密;缝宽α变小,衍射条纹变疏。同时可推导出中央主极大的角度(即±1 级暗纹的间距) ??=2 λ/α,两相邻暗纹的衍射角之差为??=λ/α。两相邻暗纹间的亮纹称为次极大。 sin ? 0± λ/α± λ/α± λ/α… II 0 I 0 I 0 I 0…各极极大的位置和相应的光强如下图三所示: 实验内容和步骤实验装置如图一所示,按图搭好实验仪器。实验采用发散度甚小的 H e-Ne 激光作为光源, 满足入射光为平行光的条件。为满足夫琅和费衍射条件, 应尽量将显示衍射图像的屏远????????????????? sin sin 20αuu uI I1 sin lim ?u u???????,2,1 sinkkα??α???k?? sin 图三单缝衍射的相对光强分布曲线 3 离单缝,即 L >> 1. 00m ,这样就可省去单缝后面的透镜。 1. 观察单缝衍射现象按图一安排实验仪器,点亮 H e-Ne 激光器,调节各元件共轴,使激光垂直照射于单狭缝的刀口面上, 在距狭缝 L 处置以观察屏 P, 在狭缝夹座上依次放狭缝 A,B 和单丝, 观察屏上出现的各种现象和变化规律, 并作记录。最后固定缝宽