单缝衍射光强的分布.PDF
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3.5 单缝衍射光强的分布
光波的波振面受到阻碍时,光绕过障碍物偏离直线而进入几何阴影区,并在屏幕上出现
光强不均匀分布的现象叫做光的衍射。研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动性的
理解,同时还有助于进一步学习近代光学实验技术,如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、
光信息处理等。衍射使光强在空间重新分布,通过光电转换来测量光的相对强度,是近代测
试技术的一个常用方法。光的衍射分菲涅耳近场衍射和夫琅禾费远场衍射两大类,其中夫琅
禾费衍射在理论上处理较为简单。本实验仅研究单缝和双缝夫琅禾费衍射。
一、实验目的要求
1. 通过对夫琅和费单缝和双缝衍射光强分布曲线的绘制,加深对光的衍射现象和理论的
理解,验证夫琅禾费衍射图样的若干规律。
2. 了解双缝干涉和衍射之间的关系。
3. 掌握用探头测量相对光强分布的方法。
二、仪器用具
光具座、单缝、双缝、探头及其附属支架,氦氖激光器及电源、光电流放大器。
三、实验原理
夫琅和费单缝衍射:
平行光的衍射为夫琅和费衍射,如图一所示,从光源S发出的光经透镜L 形成的平行
1
光,照射在狭缝H 上,根据惠更斯一菲涅耳原理,狭缝上各点看做是新的子波源,子波源
向各方向发出球面次波,这些次波叠加的结果,在透镜L 的像方焦平面的屏上,可以得到
2
一组平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹。
H
L1 L2
S a θ Po
P θ
f1 f2
图一
图一中,平行于光轴的衍射光束会聚于屏幕的P 处,是中央亮条纹的中心,其光强记
0
为 ;与光轴成 角方向的衍射光会聚于屏幕的 处,根据计算结果得出 处光强为:
I P P
0
2
sin u asin
I I0 2 , (u ) (1)
u
其中a 为狭缝宽度,λ为单色光波长。
由(1)式可得单缝衍射光强分布的特征如下:
P I I
1.当u=0 时 =0, 处的光强 是最大值,称为中央主极大。在其他条件不
0
变的情况下,此处光强的最大值 与狭缝宽度a 的平方成正比。I
0
2.当u=Kπ时 (K ±1,±2,±3……)即asin K 时,I 0,出现暗条纹。由
于 值很小,可以近似认为暗纹出现在 =Kλ/a 的方向上,因而主极强两侧暗纹之间的角
间距 2 a 为其他相邻暗纹之间角间距 a的两倍,如图二所示。
3.除中央主极大之外,相邻两暗纹之间都有一次极大。数学计
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