单缝衍射光强的分布.PDF

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 f2 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