测定夫琅禾费衍射实验.docVIP

测定单缝衍射得光强分布

【教学目得】

1．观察单缝衍射现象,加深对衍射理论得理解。

２．会用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,掌握其分布规律。

３.学会用衍射法测量微小量。

【教学重点】

夫琅禾费衍射理论

夫琅禾费单缝衍射装置

用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,衍射法测量微小量

【教学难点】

夫琅禾费单缝衍射光路及光强分布规律

【课程讲授】

提问：1、缝宽得变化对衍射条纹有什么影响?

2、夫琅与费衍射应符合什么条件?

一、实验原理

光得衍射现象就是光得波动性得重要表现。根据光源及观察衍射图象得屏幕(衍射屏)到产生衍射得障碍物得距离不同，分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两种,前者就是光源与衍射屏到衍射物得距离为有限远时得衍射,即所谓近场衍射;后者则为无限远时得衍射，即所谓远场衍射。要实现夫琅禾费衍射,必须保证光源至单缝得距离与单缝到衍射屏得距离均为无限远(或相当于无限远）,即要求照射到单缝上得入射光、衍射光都为平行光,屏应放到相当远处,在实验中只用两个透镜即可达到此要求。实验光路如图1所示，

图１夫琅禾费单缝衍射光路图

与狭缝E垂直得衍射光束会聚于屏上P0处，就是中央明纹得中心,光强最大,设为Ｉ0，与光轴方向成Ф角得衍射光束会聚于屏上PＡ处,PA得光强由计算可得:

式中,b为狭缝得宽度,为单色光得波长,当时,光强最大,称为主极大,主极大得强度决定于光强得强度与缝得宽度。

当，即:

时,出现暗条纹。

除了主极大之外,两相邻暗纹之间都有一个次极大,由数学计算可得出现这些次极大得位置在=±1、43π,±2、46π，±3、4７π,…,这些次极大得相对光强I/I0依次为0、047,0、0１7，0、008,…

图２夫琅禾费衍射得光强分布

夫琅禾费衍射得光强分布如图2所示。

图3夫琅禾费单缝衍射得简化装置

用氦氖激光器作光源,则由于激光束得方向性好,能量集中,且缝得宽度b一般很小,这样就可以不用透镜L1,若观察屏(接受器）距离狭缝也较远（即D远大于b)则透镜Ｌ2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图３，这时,

由上二式可得

二、实验装置

激光器座、半导体激光器、导轨、二维调节架、一维光强测试装置、分划板、可调狭缝、平行光管、起偏检偏装置、光电探头、小孔屏、数字式检流计、专用测量线等。按测量一维光强分布与测量偏振光光强分布两种方式可构成两种装置,分别见图4与图５。

图４衍射、干涉等一维光强分布得测试

１、激光电源2、激光器3、单缝或双缝等及二维调节架

4、小孔屏5、导轨6、光电探头

７、一维光强测量装置8、ＷJF型数字式检流计

图５测量偏振光光强

1、激光电源2、激光器3、扩束镜及平行光管

4、起偏检偏装置5、光电探头6、WJF型数字式检流计

三、实验步骤

1、接上电源(要求交流稳压２20Ｖ±11V,频率５０ＨZ输出），开机预热１5分钟;

2、量程选择开关置于“1”

3、选择适当量程，接上测量线(线芯接负端，屏蔽层接正端，如若接反,会显示“－”)，即可测量微电流;

4、如果被测信号大于该档量程,仪器会有超量程指示，即数码管显示“]”或“E”,其她三位均显示“9”,此时可调高一档量程(当信号大于最高量程，即2×10－4

5、当数字显示小于19０,小数点不在第一位时，一般应将量程减小一档,以充分利用仪器得分别率;

6、衰减旋钮用于测量相对值，只有在旋钮置于校准位置（顺时针到底)时,数显窗才指示标准电流值；

7、测量过程中,需要将某数值保留下来时，可开保持开关(指示灯亮）,此时,无论被测信号如何变化,前一数值保持不变。

(一)衍射、干涉等一维光强分布得测试

按图4搭好实验装置。此前应将激光管装入仪器得激光器座上(本仪器不包含激光器,需另行购置)，并接好电源;

打开激光器,用小孔屏调整光路,使出射得激光束与导轨平行；

打开检流计电源,预热及调零，并将测量线连接其输入孔与光电探头;

调节二维调节架，选择所需要得单缝、双缝、可调狭缝等,对准激光束中心，使之在小孔屏上形成良好得衍射光斑;

移去小孔屏,调整一维光强测量装置,使光电探头中心与激光束高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当;

开始测量,转动手轮,使光电探头沿衍射图样展开方向（x轴)单向平移,以等间隔得位移（如0、5mｍ或1ｍｍ等)对衍射图样得光强进行逐点测量,记录位置坐标x与对应得检流计（置适当量程)所指示得光电流值读数Ｉ,要特别注意衍射光强得极大值与极小值所对应得坐标得测量；

绘制衍射光得相对强度I／I0与位置坐标x得