单缝衍射的光强分布及测量ppt

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。

单缝衍射的光强分布及缝宽测定一、引言为了能够计算一般的衍射图必须取一定的近似，通常取菲涅耳近似和夫琅禾费近似，其相应的衍射区内光波的行为分别称为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射。

随着传播距离的增加，辐射图样分布逐渐偏离几何光学的传播规律，这时菲涅耳近似开始生效，故从此开始至无穷远处均称为菲涅耳衍射区，当随距离增加衍射图样相对强度关系不再改变，这个区域称为夫琅禾费衍射区，夫琅禾费衍射区是包含在菲涅耳衍射区之中。

由于夫琅禾费衍射的计算比较简单，因此人们将它单独归为一类，近来发展起来的傅里叶光学给予夫琅禾费衍射以新的意义。

二、理论分析夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可借助两个透镜来实现，如图1所示。

与光轴平行的衍射光会聚于屏上o P 处，是中央亮纹的中心，其光强设为o l ；与光轴成θ角的衍射光束会聚于P θ处，可以证明, P θ处的光强为l θ图1式中： a 为狭缝宽度，λ为单色光的波长。

当u=0时，衍射光强有最大值。

当u=k π（k 为整数）时，衍射光强有极小值，对应于屏上的暗纹。

由于θ值实际上很小，因此可近似地认为暗纹对应的衍射角为θ≈k λ/a 。

两相邻暗纹之间都有一个次极大，其光强分布曲线如图2所示。

图2三、实验方法和结果分析本实验使用He -Ne 激光作光源，因为He -Ne 激光束具有很好的方向性，光束细锐，能量集中，加之一般衍射狭缝宽度很小，故准直透镜L1可忽略不用。

若将观察屏放在距单缝较远处，则聚焦透镜L2也可以忽略不用。

实验中取单缝到观察屏得距离Z 为可取得得最大值114cm ，单缝宽度选择为1mm1、实验装置如下图所示，在开始测量前先打开仪器预热15分钟1. 开启激光，调节光路至测量状态，实验中取缝宽为0.23d mm =，使用的是He Ne -激光源，其波长为632.8nm λ=，因此理论上的单位角宽度为32.710/rad dλθ-∆=≈⨯2. 测量夫琅和费单缝衍射光强分布，旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池的进光孔从左到右逐点扫描，每隔1mm 记录一次光电流值，并注意记录主极大和各级次极大和极小值。

一 实验目的1 观察单缝夫琅禾费衍射现象2 学习利用光电元件测量相对光强的实验方法，观察单缝衍射中相对光强分布规律，并测出单缝宽度 二 实验仪器氦—氖激光器及光源 可调单缝 硅光电池移动装置 数字万用表 示波器 光具座各种支架 三 实验原理1 产生夫琅禾费衍射的实验装置夫琅禾费衍射要求光源和接收屏都距离衍射屏无限远，即入射光和衍射光都是平行光。

在实际中，距离无限远是办不到的，下面介绍两种实验室中接收夫琅禾费衍射常采用的装置（1）“焦面接收”装置把光源S 放在凸透镜2L 的前焦面上，把接收屏放在凸透镜2L 的后焦面上，则由几何光学可知，P S ,及狭缝D 的距离相当于无限远。

（2）“远场接收”装置在满足一定条件时候，也可以不用上述两种透镜，而获得夫琅禾费衍射图样。

这个条件是：1 衍射屏透光部分线度很小而且离光源很远，即满足：其中，Z 为D 及接受屏P 的距离以上所说的两个条件叫做夫琅禾费远场条件 2 夫琅禾费衍射图样规律 振幅矢量叠加法 定量将缝宽a 划 分 为 N 个 等 宽() 的 狭 窄 波 带 设每个波带内能量集中于图 3中 所 示 光 线 两 相 邻 光线光程差 位相差θλπλδπϕsin 22Na ==∆每条光线在屏上引起光振动振 幅 相 等即N A A A =⋅⋅⋅==21 用 多边 形 法 则 进 行 N 个 大 小 相 等 两 两依次相差为 ϕ∆的光振动的叠加如图3 中所示分振动振幅合振动振幅两式中消去 R 得 0→∆ϕ条件22sin22sin 2sin 2sin 111ϕϕϕϕϕϕ∆∆=∆∆≈∆∆=NN NA N A N A A10NA A =即中央明纹中心处振幅当∞→N ,N 个相接的矢量将变为一个圆弧 (见图4)πλθϕφ2sin a N =∆=∆φ∆=R A 0,即中央明纹中心处振幅2sin2/2sin 200φφφφ∆∆=∆∆=A A A p 令λθπλπδφsin 222a N N u ==∆= 则 式中 210)(NA I =为中央明纹光强理论上计算得出夫琅和费单缝衍射图样的光强分布规律为 （1）当0=θ时，光强具有极大值：0I I =θ，称为中央主极大当 a K /sin λθ=)3,2,1(⋅⋅⋅±=K (2)πK u =时，0=θI ，此时出现暗条纹，及此对应的位置为暗条纹中心。