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单缝单丝衍射光强分布实验仪.doc

发布:2017-05-11约2.47千字共7页下载文档
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单缝单丝衍射光强分布实验仪 篇一:单缝衍射光强分布的测定 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 α2 ???8L 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≤10-4m, L≥1.00m,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。 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 I?sinu????I0?u? 2 ?αsin???u??? ??? 当衍射角?等于或趋于零时,即?=0(或?→0),按式,有 lim sinu ?1u 故I=I0,衍射花样中心点P0的光强达到最大值(亮条纹),称为主极大。 当衍射角?满足 sin??k ? α ?k??1,?2,?? 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Xk表示光强极小值点到中心点P0的距离,因衍射角?甚小,则 sin????k ? α 故Xk=L?=kλL/α,当λ、L固定时,Xk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)??=2λ/α 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He-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 离单缝,即Lgt;gt;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He-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α,调整各元件使屏上的衍射图像清晰、对称、最亮,而且条纹间距适当,以利于测量。+ 2. 测定单缝衍射图像的相对光强分布 移开衍射屏,用装有硅光电池的光强分布测示仪测出衍射光强。测量过程如下: 打开激光电源,用小孔屏调整激光光路。 打开检流计电源,预热及调零。测量线连接其输入孔与光电探头。 调整二维调节架,选择所需要的单缝式双缝等对准激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光强。拿去小孔屏,调整一维光强测量装置使光电探头中心与激光束的高低一致,移动方向与激光束垂直,起始位置适当。 开始测量,转动手轮光电探头移动一定距离(如0.5mm或1mm),使硅光电池的进光狭缝从衍射图样的一边k=3(或k=2)的位 置开始单向逐点扫描到另一边k=3(或k=2)的位置,每隔0.5mm~1.0mm)记录一次光强值,从数字检流计(置适当量程)上读取一个数值,逐点记录下来。其中,应准确记下主极大、次极大和极小的位置及相对光强。 3. 作出衍射光强分布图 在坐标格子上以横轴为距离,纵轴为光强,将记录下来的数值绘出来,从坐标纸上作出的相对光强I/ I0与光电池位置X的关系曲线,就是衍射光强分布图,并与理论曲线作比较。 测出狭缝与光电池的距离L,将各级的Xk(表示光强极小值点到中心点P0的距离)和L值代入公式Xk=kλL/α计算狭缝α宽度,并求平均值,计算标准差。 记录数据表格自拟。 数据记录及处理 衍射光强分布图实验值 以上测量是转动按图一光路,转动手轮使光电探头移动一定距离(如0.5mm或1mm)每隔0.5mm~1.0mm)记录一次光强值,从数字检流计(置适当量程)上读取一个数值,逐点记录下来。将记录的数据用matlab软件或从坐标纸上作出的相对光强I与位置X的关系曲线。 将各级的Xk(表示光强极小值点到中心点P0的距离)和L值 代入公式Xk=kλ L/α计算狭
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