浙江大学物理光学实验简析.doc

本科实验报告 课程名称： 物理光学实验 姓 名： 郭天翱 系： 光电信息工程学系 专 业： 信息工程（光电系） 学 号： 3100101228 指导教师： 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩：__________________ 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 掌握一种测量单缝宽度的方法。 了解光强分布自动记录的方法。 实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： （1） 式中 （2） 为单缝宽度，为入射光波长，为考察点相应的衍射角。为衍射场中心点（处）的光强。 如图一所示。 由（1）式可见 ，随着的增大，有一系列极大值和极小值。极小值条件是： （3） 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： （4） 式中 （5） 为单缝宽度，为相邻单缝间的间距，为被照明的单缝数，为考察点相应的衍射角；为衍射中心点（处）的光强。 称为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极大的条件是。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当为整数时，相应的m级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有N-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有N-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。 （3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将CCD的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入CCD。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与CCD的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、JPG两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布 （1）选定一条单狭缝作为衍射元件 （2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。 五、实验数据记录和处理 测量单缝夫琅和费衍射光强分布并计算缝宽 标准单缝夫琅和费衍射图以及光强分布如下所示： 对光强分布图进行分析后可得，正负1级极小的像素坐标分别为。同时，该标准单缝缝宽已知，。 待测单缝夫琅和费衍射图和光强分布如下所示： 对光强分布图进行分析后可得，待测单缝衍射的正负1级极小的像素坐标分别为。 由于单缝衍射极小值的条件为：，因此可得。又因为，所以待测单缝的缝宽为 2. 观察衍射图样并绘制曲线 由图可见，衍射图中有19个极大，19个极小。单缝衍射的整体光强包络变化曲线类似于sinc函数平方曲线，中央主极大的光强最大，向两边光强逐渐减弱。 双缝： 双缝1（缝间距较窄） 该双缝衍射图中有12个极大，12个极小。且在干涉3级主极大附近与衍射极小值重合，导致3级的主极大的光强减弱。 双缝2（缝间距较宽） 该双缝衍射图