光强分布的测量

一、实验目的1. 理解光强分布的基本原理，掌握光强分布的测量方法。

2. 观察并分析单缝衍射和多缝衍射的光强分布规律。

3. 利用衍射光强分布公式计算单缝的缝宽。

二、实验原理光的衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时，发生偏离直线传播的现象。

根据衍射光束与障碍物或狭缝的距离关系，衍射现象可分为夫琅禾费衍射和费涅耳衍射。

本实验主要研究夫琅禾费衍射。

1. 单缝衍射当单缝的宽度与光的波长大致相等时，光通过单缝后会发生衍射，形成明暗相间的衍射条纹。

单缝衍射的光强分布公式为：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin \beta}{\beta} \right)^2 \]其中，\( I \) 为衍射条纹的光强，\( I_0 \) 为中央亮条纹的光强，\( \beta \) 为衍射角。

2. 多缝衍射当多缝的宽度与光的波长相比很小时，光通过多缝后会发生多缝衍射，形成明暗相间的衍射条纹。

多缝衍射的光强分布公式为：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin \beta}{\beta} \right)^2 \left( \frac{\sin\beta_1}{\beta_1} \right)^2 \left( \frac{\sin \beta_2}{\beta_2}\right)^2 \ldots \]其中，\( I \) 为衍射条纹的光强，\( I_0 \) 为中央亮条纹的光强，\( \beta \) 为衍射角，\( \beta_1, \beta_2, \ldots \) 为各缝的衍射角。

三、实验仪器与设备1. 激光器：提供单色光源。

2. 单缝衍射装置：包括狭缝、透镜、光屏等。

3. 多缝衍射装置：包括狭缝、透镜、光屏等。

4. 自动光强记录仪：记录衍射光强分布。

5. 计算机及软件：处理实验数据。

四、实验步骤1. 将激光器、单缝衍射装置和光屏放置在光学导轨上，调整光路，使激光束垂直照射到单缝上。

2. 打开激光器，观察单缝衍射条纹的形状、亮暗程度及间距。

光强的分布实验报告光强的分布实验报告一、实验目的本实验旨在探究不同光源的光强分布情况，了解光强与光源距离、角度等因素的关系，并掌握光强的测量方法。

通过本实验，希望能够更好地理解光的传播和分布特性，为实际应用提供参考。

二、实验原理光强是描述光源单位面积上发出的光通量的物理量，单位为坎德拉（cd）。

光强分布是指光源发出的光在空间中的分布情况，与光源的形状、大小、距离以及观察者的角度等因素有关。

根据光学原理，光强分布可由光源的能量分布、反射和折射等规律计算得出。

三、实验步骤1.准备实验器材：LED灯、激光笔、测光仪、尺子、纸板、橡皮筋等。

2.将纸板固定在桌子上，将LED灯和激光笔分别放置在纸板的两侧，距离相等。

3.用尺子测量LED灯和激光笔到纸板的距离，并记录下来。

4.用测光仪分别测量LED灯和激光笔的光强，并记录下来。

5.在纸板上分别标记LED灯和激光笔的光斑位置，并用橡皮筋固定。

6.调整LED灯和激光笔的角度，观察光斑的变化，并记录下来。

7.重复步骤2-6三次，取平均值。

四、实验数据分析实验数据如下表所示：1.光强与光源的距离有关。

随着距离的增加，光强逐渐减弱。

这表明光的传播过程中会有能量损失。

2.光强的方向与光源的方向相同。

当角度发生变化时，光斑的位置也会相应地发生变化。

这表明光的传播方向是可变的。

3.同一种光源下，不同角度下的光强不同。

这表明光强的分布与观察者的角度有关。

4.比较LED灯和激光笔的光强分布情况，发现激光笔的光强更大，且分布更集中。

这表明激光笔的能量密度更高，适合于需要高亮度、远距离的光源应用。

五、实验结论通过本实验，我们了解了光强的分布规律以及与光源距离、角度等因素的关系。

实验结果表明，光的传播过程中会有能量损失，且光的传播方向是可变的。

此外，同一种光源下，不同角度下的光强不同。

比较LED灯和激光笔的光强分布情况，发现激光笔的光强更大且分布更集中，适合于需要高亮度、远距离的光源应用。

光强分布的测量实验报告光强分布的测量实验报告引言光是我们日常生活中不可或缺的一部分，而了解光的特性对于很多科学研究和技术应用都至关重要。

光强分布是指光在空间中的强度变化情况，它对于光的传播和衍射现象有着重要影响。

本实验旨在通过测量光强分布，深入了解光的特性，并探索光在不同介质中的传播规律。

实验方法1. 实验器材准备为了测量光强分布，我们需要准备以下器材：激光器、光电二极管、光屏、光强测量仪等。

2. 实验设置将激光器置于实验室中央，调整其位置和角度，使得激光束尽可能垂直地照射到光屏上。

在激光束出射方向上放置光电二极管，并将其连接到光强测量仪上。

3. 实验步骤a. 打开激光器，并调整其功率，使得激光束的强度适中。

b. 将光屏放置在激光束的传播路径上，确保激光束能够均匀地照射到光屏上。

c. 将光电二极管放置在离光屏一定距离的位置上，并将其与光强测量仪连接好。

d. 打开光强测量仪，并进行校准。

e. 将光电二极管沿着光屏上的一条直线移动，同时记录下每个位置对应的光强数值。

f. 重复以上步骤，改变光屏和光电二极管的相对位置，测量不同条件下的光强分布。

实验结果与讨论通过实验测量，我们得到了不同位置处的光强数值，并绘制出了光强分布曲线。

在理想情况下，我们预期光强应该呈现出中心亮度高、向周围逐渐减弱的分布形态。

然而，在实际测量中，我们发现光强分布曲线并不完全符合这一预期。

首先，我们观察到在光束中心位置，光强确实较高，符合我们的预期。

然而，随着距离光束中心的远离，光强并没有像预期的那样逐渐减弱。

相反，我们观察到在一定距离后，光强开始出现周期性的变化。

这种现象可以解释为光的衍射现象，即光波在通过障碍物或边缘时发生弯曲和扩散。

此外，我们还发现光强分布曲线的形状与光屏和光电二极管的相对位置有关。

当光电二极管与光屏的距离较近时，我们观察到光强分布曲线更加集中，而距离较远时，曲线更加扩散。

这说明光在不同介质中的传播会受到介质的影响，光的传播路径会发生变化。

光强分布的‎测量实验一、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。

３．学会用衍射‎法测量微小‎量。

4．验证马吕斯‎定律。

二、实验原理如图1所示‎，图1 夫琅禾费单‎缝衍射光路‎图与狭缝E 垂‎直的衍射光‎束会聚于屏‎上P 0处，是中央明纹‎的中心，光强最大，设为I 0，与光轴方向‎成Ф角的衍‎射光束会聚‎于屏上PA ‎处，PA 的光强‎由计算可得‎：式中，b 为狭缝的‎宽度，λ为单色光的‎波长，当0=β时，光强最大，称为主极大‎，主极大的强‎度决定于光‎强的强度和‎缝的宽度。

当πβk =，即：220sin ββI I A =)sin (λφπβb =bKλφ=sin ），，，⋅⋅⋅±±±=321(K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‎些次极大的‎位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大‎的相对光强‎I/I0依次为‎0.047，0.017，0.008，…图2 夫琅禾费衍‎射的光强分‎布夫琅禾费衍‎射的光强分‎布如图2所‎示。

图3 夫琅禾费单‎缝衍射的简‎化装置用氦氖激光‎器作光源，则由于激光‎束的方向性‎好，能量集中，且缝的宽度‎b 一般很小‎，这样就可以‎不用透镜L ‎1，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‎得三、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。

Dx /ta n s i n =≈φφxD K b /λ=图4 衍射、干涉等一维‎光强分布的‎测试四、实验步骤1. 接上电源（要求交流稳‎压220V ‎±11V ，频率50H ‎Z 输出），开机预热1‎5分钟；2. 量程选择开‎关置于“1”档，衰减旋钮顺‎时针置底，调节调零旋‎钮，使数据显示‎为－.000； （一）单缝衍射一‎维光强分布‎的测试1、 按图4搭好‎实验装置。

单缝衍射光强分布的测定光的衍射现象是光的波动性又一重要特征。

单缝衍射是衍射现象中最简单的也是最典型的例子。

在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等到领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。

所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。

实验目的1. 观察单缝衍射现象及特点。

2. 测定单缝衍射时的相对光强分布3. 应用单缝衍射的光强分布规律计算缝的宽度α。

实验仪器光具导轨座，He-Ne 激光管及电源，二维调节架，光强分布测定仪，可调狭缝，狭缝A 、B 。

扩束镜与起偏听偏器，分划板，光电探头，小孔屏，数字式检流计（全套）等。

实验原理光在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。

光的衍射分为夫琅和费衍射与菲涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。

本实验只研究夫琅和费衍射。

理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。

单缝的夫琅和费衍射如图二 所示。

当处于夫琅和费衍射区域，式中α是狭缝宽度，L 是狭缝与屏之间的距离，λ是入射光的波长。

实验时，若取α≤10-4m, L ≥1.00m ，入射光是He-Ne激光，其波长是632.8nm,就可满足上述条件。

所以，实验时就可以采用如图一装置。

λ<<L82α如图二 单缝衍射的光路图1、导轨2、激光电源3、激光器4、单缝或双缝二维调节架5、小孔屏6、一维光强测量装置7、WJF 型数字式检流计根据惠更斯-菲涅耳原理，可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角ϕ等于或趋于零时，即ϕ=0（或ϕ→0），按式，有故I=I 0，衍射花样中心点P 0的光强达到最大值（亮条纹），称为主极大。

当衍射角ϕ满足时，ｕ=k π 则I=0，对应点的光强为极小（暗条纹）， k 称为极小值级次。

若用X k 表示光强极小值点到中心点P 0的距离，因衍射角ψ甚小，则故X k =L ϕ=k λL/α,当λ、L 固定时，X k 与α成反比。

缝宽α变大，衍射条纹变密；缝宽α变小，衍射条纹变疏。

实验4-44 光强分布的测量光强分布的测量光强分布的测量指南预习指南光的干涉现象和光的衍射现象有力地说明了光具有波动性。

特别是衍射现象的存在，不仅为光的本性的研究提供了重要的实验依据，还深刻地反映了光子（或电子等其他量子力学中微观粒子）的运动是受不确定关系制约的。

对光的衍射现象的研究，不仅有助于加深对光的波动性的理解，也是学习近代光学技术的实验基础。

光的偏振现象进一步揭示了光的横波性。

偏振现象的存在，使人们对光的传播规律有了新的认识。

偏振光在光学计量、应力分析、薄膜技术、光通信技术等领域的应用非常广泛。

光的偏振有别于光的其他性质，人的感官不能感觉偏振的存在，需要借助于各种检偏器来观察。

光强分布的测量技术是现代高新技术中的重要测量技术之一。

在实际测量中，常采用间接测量方法，将光信号转换为电信号，通过对电信号的测量，来了解光信号的情况。

利用光电器件测量和探测光强在空间的分布变化情况，是近代测量技术中常用的光强测量方法之一。

本实验是一个物理光学实验，主要实验目的是加深对光的衍射现象和偏振现象的理解，初步掌握光电器件测量相对光强分布的基本原理和方法。

所用的主要数据处理方法是作图法。

适合于光学、机械、电器、电工、自动化等众多理工科专业的学生选做，难度系数：1.00。

实验内容实验内容1．正确使用光学元件，并调节各光学元件的共轴。

2．正确调节和使用数字式检流计。

3．观察衍射现象，并正确记录现象。

4．测量单缝衍射光强分布方法正确、数据分布合理。

5．正确观测光的偏振现象，验证马吕斯定律测量数据合理。

6．数据记录条理清晰，数值和有效数字正确。

实验实验仪器仪器仪器1、WGZ-II 型光强分布测试仪；2、数字式检流计WGZ-II 型光强分布测试仪数字式检流计预习要求预习要求1.了解光的衍射、干涉和偏振现象，认识光的衍射、干涉和偏振的基本规律。

2.理解夫琅禾费衍射的条件以及实验是如何满足的。

3.理解单缝衍射的基本原理和光强分布特点。

实验6－21 光强分布的测量实验目的⑴ 观察衍射、干涉、偏振光等现象。

⑵ 测量衍射、干涉、偏振光等的光强分布。

⑶ 验证马吕斯定律。

实验原理光的衍射现象是光的波动性的重要表现。

根据光源及观察衍射图象的屏幕（衍射屏）到产生衍射的障碍物的距离不同，分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种，前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射，即所谓近场衍射；后者则为无限远时的衍射，即所谓远场衍射。

于无限远），即要求照射到单缝上的入射光、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，与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0与光轴方向成φ角的衍射光束会聚于屏上P A 处，P A 的光强由计算可得：)sin (;sin 220λφπβββb I I A == （1）式中，b 为狭缝的宽度，λ波长，φ为衍射角，当φ=0时，I =I 0这就是平行于光轴的光汇聚处，亮条纹的中心点的光强，当β=K π，即：....3,2,1sin ±±±==k bKλφ（2时，I =0应的位置为暗条纹中心。

用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度b 一般很小，这样就可以不用透镜L 1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即D 远大于b ）则透镜L 2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图2，这时，D x /tan sin =≈≈φφφ （3）由（2）、（3）二式可得x D K b /λ= （由以上可见：⑴ 中央亮条纹的宽度被k =±1的衍射角所确定，即中央条纹的角宽度为：bλφ2=∆ （⑵衍射角φ与缝宽b 足够大时（b >>λ）可以忽略，从而可将光看作沿直线传播。

⑶对应任何两相邻暗条纹，Δφ=λ/b ，即暗条纹是以P 0右对称分布的。

⑷除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，他们的宽度是中央亮条纹宽度的二分之一，由数学计算可得出这些次极大的位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大的相对光强I/I 0依次为0.047，0.017，0.008，…夫琅禾费衍射的光强分布如图3所示。

光强分布的测量光强是指光线在单位面积上的能量，是光学中的一个重要参数。

光强的测量是光学技术中常见的实验方式，可用于研究光线的传播规律、探究材料的光学性质等。

本文将介绍光强分布的测量，包括测量方法、仪器及应用领域等方面。

光强分布的测量方法主要有以下几种：1、直接测量法直接测量法是通过特定的测量仪器对光线进行测量，得出光线的光强数据。

例如，光电管测量仪器和光计等仪器可以直接测量光线的光强，通过这些仪器可以快速、简单地进行光强分布的测量。

但是需要注意的是，由于光线的强弱差别很大，所以在实际测量中需要根据实际情况调节测量仪器的灵敏度来保证数据的准确性。

2、干涉法干涉法是通过光干涉现象来测量光强分布的一种方法。

这种方法需要使用干涉仪，将两条光线进行干涉，然后根据干涉条纹的形状和强度来推算出光线的光强分布。

干涉法具有高精度、高稳定性等优点，可以应用于光学领域的很多实验研究中。

3、散斑法散斑法是通过散斑的形成来推算出光线的光强分布。

散斑是指光线在穿过一个不透明物体或介质时，在物体或介质背面产生的不规则光斑。

使用散斑法测量光强分布需要使用散斑板或散斑屏等仪器，利用像场显微镜、摄像机等设备观察散斑图样，再进行分析计算。

光强分布的测量仪器有很多种类，具体的选择需要根据实验需要和测量对象来确定。

以下是几种比较常见的仪器：1、光电管测量仪器光电管测量仪器是指一类可以测量光线光强的仪器，内部通常包含一个光源和一个光电管，通过测量光电管输出的电流大小来得出光线的光强。

光电管测量仪器具有精度高、操作简单等优点，常用于光学实验室中的各种实验测量。

2、光计光计是一种通过干涉计算光线光强的仪器。

内部通常包含一个激光器、半透镜、物镜、接受器、探测器、计算机等设备，通过干涉计算的方式来推算出光线的光强分布。

光计具有精度高、稳定性好等优点，常被应用于高精度光学测量中。

散斑板是一种可以制造出散斑效应的光学仪器。

其表面一般被镀上特殊的光学膜，在光线照射下会产生散斑现象。

图1 单缝衍射相对光强分布曲线图9087848178757269666360575451484542由图1可知：1，当x=69时I=I0 ,出现主极大。

此时，衍射图样光强最强，表现为中央亮纹。

2，夫琅禾费光强呈对称分布，主极大两侧次极大是等间距对称分布。

3，光强分布只有一个主极大，而在其两侧分布有多个次极大，且两极间必有一极小，在衍射图样中表现为暗纹。

4，在主极大两侧的次极大相对光强比主极大小得多，中央明纹最宽最亮。

3.计算单缝宽度：D=82.0cm第一级暗条纹：X=(76-62)/2=7cmb1=kλD/X=1×650×10∧﹣9×0.82/(7×10∧﹣3)=0.076mm第二级暗条纹：X=(82-55)/2=13.5 cmb2=kλD/X=2×650×10∧﹣9×0.82/(13.5×10∧﹣3)=0.079mm 第三级暗条纹：X=(90-48)/2=21cmb3=kλD/X=3×650×10∧﹣9×0.82/(21×10∧﹣3)=0.076mmk=(b1+b1+b1)/3=(0.76+0.79+0.76)/3=0.077mm分析误差：实验误差有可能来自于环境附加光强的影响以及转动螺旋侧位装置的过程中由于转动一周又向回转的原因以及其他操作所引起的误差等。

2.双缝衍射数据的处理：图2双缝衍射相对光强分布曲线图4．衍射现象的规律和特征：以上图样依次为GS1，GS2，SK1/2/3，JK ，双缝衍射示意图。

由图可知：GS1衍射呈矩形分布，亮纹为点型，且以中央处最亮，向外亮度依次递减。

GS2衍射呈线型分布，亮纹为点型，且以中央处最亮，向两侧亮度依次递减。

SK1/2/3衍射呈同心圆分布，以中央处为最亮，向外侧亮度依次递减。

JK衍射呈十字型分布，亮纹为点型，且以中央处为最亮，向外侧亮度依次递减。