单缝衍射与光强散布测量[精华]

单缝衍射与光强散布测量[精华]单缝衍射与光强散布测量[精华] 单缝衍射与光强分布测量一、实验目的 1.观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解; 2.会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律，测出单缝宽度。二、实验仪器半导体激光器，狭缝，光阑，电源，调节光强的仪器，平行光管，CCD(电荷耦合元件)，电脑一台(相关软件)和WGZ--IIA导轨。三、实验原理 1. 单缝衍射强度分布公式。如图1、2，坐标取法。按照惠更斯—菲涅尔原理，我们把缝内的波前AB分割成许多等宽的窄条，它们是振幅相等的次波源，...

单缝衍射与光强散布测量[精华] 单缝衍射与光强分布测量一、实验目的 1.观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解; 2.会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律，测出单缝宽度。二、实验仪器半导体激光器，狭缝，光阑，电源，调节光强的仪器，平行光管，CCD(电荷耦合元件)，电脑一台(相关软件)和WGZ--IIA导轨。三、实验原理 1. 单缝衍射强度分布公式。如图1、2，坐标取法。按照惠更斯—菲涅尔原理，我们把缝内的波前AB分割成许多等宽的窄条，它们是振幅相等的次波源，朝多个方向发射次波，由于接收屏幕位于透镜,的像方焦面上，角度相同的衍射线汇聚于幕上同一点，设入射光与光轴平行，则在波面AB上无相位差，单缝上下边缘A、B到的衍射线间的光程差为，设缝宽为a。在旁轴条件下，按菲涅尔—基尔霍夫公式: 其中r是波前上坐标为x的点Q到场点的光程，由图3可知光程差为它与y无关。在正入射情况下是与x、y无关的常量。将(1)式先对y积分，并把所有与x无关的因子归并到一个常量C中，于是得到其中当式(2)中取0时，有，式(2)可写为两边取平方得: 要测出单缝衍射的光强分布只需测出即可。而产生亮条纹的位置是: 对应的数值为: 对应的sin为在近轴条件下，，令，而(其中K=0,1,2，„)，则四、实验内容实验装置连接如下图: 光阑、单缝 CCD 平行光管电脑激光器调光器步骤: 开启电源开关，调整激光器和光阑共轴(水平移动光阑，只要照在CCD(1) 上的光强不变，则可以认为已经共轴了)，将平行光管放于导轨上，再把调节光强的装置放上去，最后把CCD连上电脑; (2) 屏蔽背景光源开启电脑，打开软件，进行拍摄，调整缝数，直到单缝，再调整光强，直到看到清晰的单缝衍射图像; (3) 然后将图像保存为BMP或IPJ格式，然后打开图片，点击“水平”，再在出现的图像左上方点击“线模式”，再点击“制表 ”，保存为excel，打开文件，利用excel画出图像。五、数据处理实验所拍图像如下: x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 y 6 6 6 6 7 7 8 8 9 10 10 11 11 12 11 11 11 10 10 10 x 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 y 11 11 11 12 12 12 13 14 14 14 15 16 16 16 16 17 16 16 15 14 x 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 y 13 12 11 11 11 12 12 14 17 20 24 29 35 42 48 54 60 65 71 75 x 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 y 79 82 86 89 91 94 95 97 99 99 99 98 98 97 95 93 91 88 84 79 x 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 y 73 68 63 56 50 44 38 32 27 22 19 17 16 15 14 15 16 16 18 19 x 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 y 19 18 19 20 18 17 17 16 15 13 12 12 11 10 9 9 9 8 8 8 由以上数据画出来的图为: B 110 100 90 I/Io80 70 60 50 40 30 20 10 00102030405060708090100110120130 一级主极大处的光强误差分析:有图像可知在极小处光强并不为0，这样导致计算出来次级主极大处的光强远大于理论值，如果把整个图像往下移使一次极小到零的话，此时，误差得以减小。有所拍的图像可知，衍射图像不是很清晰，且导致了极小处的光强不为零，那么这是怎么产生的呢,可能是因为没有使实验仪器在一条直线上(光阑(它总动)没对准[还有可能就是背景光的影响，从图像可知，左边的一级主极大比右边主极大小，这主要是因为前面一台电脑发出的光的影响。]可能是主要原因，因为由它反射的光将可能产生“二次衍射”，从而使衍射条纹重叠，产生误差。因此这样计算可能会更好一点:在上一步的基础上，设主极大的光强不会受什么影响，于是)。以上方法并不能消除这一误差，也许我们可以通过改进实验仪器达到更好的效果:将光经过的仪器和发射光的机器固定在一根直管上，这样就能够解决不共轴问题，而使实验可能产生的最大误差减小到最小，因为这既减小了没校准所引起的“二次衍射”的影响，又避免了背景光。当然，单缝与接收屏靠的太近也有可能造成误差，但从下图看不出这种问题，因为这个距离，取为光波长的数量值，则d也为这个数量值，明显小于下图的这个距离距离。六、注意事项 1.尽可能将激光器、减光器(起、检偏器)、单缝、CCD光强仪调整为等高共轴。如用He-Ne激光器，最好点燃30分钟。 2.如较高级次暗纹与较低级次暗纹的Y读数相差较大，说明尚未满足远场条件;如正方向与负方向暗纹的Y读数相差较大，说明单缝与CCD器件还没有调垂直。七、思考题 ?当缝宽增加一倍时,衍射光样的光强和条纹宽度将会怎样变化?如缝宽减半,又怎样改变? 答:a增大一倍时, 光强度?;由a=Lλ/b ，b减小一半 a减小一半时, 光强度?;由a=Lλ/b ，b增大一倍。 ?激光输出的光强如有变动,对单缝衍射图象和光强分布曲线有无影响?有何影响? 答:由b=Lλ/a.无论光强如何变化,只要缝宽不变,L不变,则衍射图象的光强分布曲线不变 (条纹间距b不变);整体光强度? 或者 ?。 ?用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径,其原理和方法如何, 答:可以，原理和方法与测单狭缝同。 ?本实验中，λ=632。8nm,缝宽约为5*10^-3?,屏距L为50?。试验证: 是否满足夫朗和费衍射条件, 答:依题意: Lλ=(50*10^-2)*(632.8*10^-9)=3.164*10^-7 a^2/8=(5*10^-5)^2/8=3.1*10^-10 所以Lλ<

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