用ccd观测单缝衍射光强分布实验报告.docx

用ccd观测单缝衍射光强分布实验报告 　　CCD光强分布测量仪观测光的衍射　　摘要：本实验以观察衍射现象和研究衍射的光强分布情况为目的，探讨光栅衍射现象的利用问题。通过CCD光强分布测量仪观察光强分布，并利用夫琅和费衍射的分布规律实现微小长度的测量。根据测得的光栅图样及数据结果，测出缝的宽度和入射波长。　　关键词：夫琅和费衍射；光栅；CCD光强分布测量仪　　ObservationofdiffractionoflightwithCCDmeasuring　　Instrumentforlightintensitydistribution　　(BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing,,China)　　Abstract:thisexperimentwasusedtoobservethediffractionphenomenonandstudytheintensitydistributionofthediffraction.TheCCDintensitydistributionmeasuringinstrumenttoobservethedistributionoflightintensity,andthemeasurementofdistributionofFraunhoferdiffractiontoachievesmalllength.Accordingtothemeasuredgratingpatternanddata,thewidthoftheseamandtheincidentwavelengtharemeasured.　　Keywords:Fraunhoferdiffraction;grating;CCDintensitydistributionmeasuringinstrument　　光的干涉和衍射现象，为光的波动学说提供了有力的证据。特别是光的衍射，不仅为光的本性的研究提供了重要的实验依据，还深刻反映了光子的运动受测不准关系的制约，也是光谱分析、晶体分析、全息技术、光学信息处理等近代光学技术的实验基础。利用以CCD器件为核心构成的光电传感器观测光的衍射现象导致的光强在空间的分布变化情况，是近代技术中常用的方法之一。因此我们为学习CCD光强分布仪的使用方法，加深对衍射现象的了解，设计并进行了本实验。　　、观察衍射现象；　　、研究衍射的光强分布情况；　　、学会用光电探测器对光强进行测量；、利用夫琅和费衍射的分布规律实现微小长度的测量。　　2、实验原理　　衍射系统一般由光源、衍射物和接收屏组成。衍射物与光源和接受屏的距离都是无穷远时，或者说照射到衍射物上的入射光和离开衍射物的衍射光都是平行光时的衍射称为夫琅和费衍射。当波长为λ的光源相对于线度为z　　1、实验目的　　的衍射物的发散角β很小时，满足：　　???　　8?2πz?4?　　πz　　衍射物与接收屏的距离L比较远时，满足：　　??z2　　L8?　　即可视为夫琅和费衍射。在实验室条件下，用激光作为光源，将观察屏放在较远处，就可以满足夫琅和费衍射的远场条件。　　单缝衍射　　如图所示，波长为?的激光束垂直射到宽度为a的狭缝上，则在与狭缝相距为L的观察屏上产生衍射图样。P0点位于光轴上，是中央亮纹的中心，其光强为I0；与光轴成?角的衍射光束落在P点，夫琅和费单缝衍射光强分布规律为：　　I?Isin2uπasin?0u2,u?　　?　　即当衍射角a=0时，P处的光强为I?I0为最大值，　　称中央主极大；衍射角满足　　asin??k?(k??1,?2,?3,?)　　光强I=0时为极小值，P处出现暗纹。k为级次。　　P　　P0　　图1单缝衍射光路及光强分布曲线　　双缝衍射　　夫琅和费双缝衍射是指缝宽为a的单缝衍射光强调制下的双光束干涉。对衍射物是两个缝的缝宽均为a，缝之间不透光部分的宽　　度为b的双缝，夫琅禾费双缝衍射光强分　　布规律为：　　I?Isin2u　　20u　　2　　cosv其中：u?　　πasin?　　?b)sin?　　?　　,v?　　π(a?　　因子sin2u　　u2　　是宽度为a的单缝夫琅和费衍　　射的相对光强；因子cos2　　v是光强相等、位相差为2v的双光束干涉的相对光强。两个因子中，只要有一个为零，则和光强为零，干涉极大消失，出现缺级现象。缺级发生在　　k??j　　a?b　　a　　的级次上。如a+b=3a时，缺级情况如图2。双缝与接收屏的距离为L时，其相邻暗纹的间隔为?x?xk?1?xk?　　?　　a?b　　L　　多缝衍射　　夫琅和费多缝衍射是单缝衍射调制的多光束干涉。当衍射