组合式光学实验

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1、组合式光学实验（王禾欣学号1042023020）摘要：光学（optics)，是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。而此次这组光学实验包括单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射、夫琅禾费圆孔衍射、光的偏振，这些都是光学中基础而典型的重要实验。关键词：单缝衍射、双缝干涉、光栅、偏振实验1单缝衍射实验的观测和研究【实验原理】用散射角极小准直性很好的激光做光源，照在一个宽度可调的竖直单缝上

2、，在离狭缝较远的距离放置一接收屏，改变缝宽可以在屏上观察到一组衍射图样，从（a）到（d）对应狭缝的宽度由大到小收缩变化，中心亮条纹由小到大向左右两侧水平展开，同时出现一系列明暗相间的结构，（如图1.1.所示），它实际上就是夫琅和费衍射条纹。图1.1不同宽度单缝的衍射图样图1.2实验观察到的单缝衍射的光强分布图当光通过一狭缝时会产生衍射光，衍射图样中的极小值对应的角度由下式给出：（1.1）这里a表示缝宽，θ表示图样中心到第m级极小间的夹角，λ表示光的波长，m表示级次见图1.2所示。通常因为衍射角度较小，可以假设：，根据三角关系有：（1.2）（1.3）这里a为狭缝宽度，m

3、为衍射级次，y表示衍射中心到第m级极小间的距离，D表示从狭缝到光电传感器的距离，单缝衍射的如图所示。其光强分布的理论公式为：（1.4）其中式中为单缝的宽度，为光的波长，为衍射角，为正入射（即＝0）时的入射光强，被称为单缝衍射因子，表征衍射光场内任一点相对光强（即）的强弱。实验数据：（1）这是单缝宽0.24mm，狭缝与光电传感器相距D=630mm，光电传感器前通光孔0.6mm，光电传感器放大倍数为10倍时光强-位移数据单缝衍射的测量数据记录：缝到传感器接收头的距离123平均值(mm)625628633628.6一级极小衍射中心左侧横坐标值(XL)光强值14.60.24衍

4、射中心右侧横坐标值(XR)光强值26.50.28角宽度θ单缝缝宽（mm）0.24mm(2)单缝宽0.12mm，狭缝与光电传感器相距D=630mm，光电传感器前通光孔0.6mm，光电传感器放大倍数为10倍时光强-位移数据单缝衍射的测量数据记录：缝到传感器接收头的距离123平均值(mm)625628633628.6一级极小衍射中心左侧横坐标值(XL)光强值2.40.05衍射中心右侧横坐标值(XR)光强值8.80.06角宽度θ单缝缝宽（mm）0.24mm实验2双缝干涉实验的观测和研究【实验原理】激光通过双缝干涉屏时，每一条狭缝都会各自产生一套单缝衍射的图样，如图2.1所示，

5、其单缝衍射的图样的光强分布满足公式（1.4）函数形式。由于两条狭缝宽度相同，且相互平行，故两条狭缝衍射的光强分布完全相同。因为狭缝都是同一单色光源照明，所以从两条狭缝射出的光波的叠加是相干叠加，他们之间还要产生干涉（如图2.2所示）。由杨氏双缝干涉公式可知，双缝干涉的强度分布为：（2.1）图2.2双缝干涉光强分布图图2.1双缝衍射理论图样式中是单独一条狭缝在接收屏上某一点的光强，是从两个狭缝的中心分别到接受屏上P点的相位差，相位差可表示为：这里d表示狭缝中心间距（a是狭缝的宽度，b是两狭缝最近邻边的距离）。这里y表示在屏上从图样中心到第m级极大间的距离，D表示从狭缝到

6、屏的距离，如图2.2所示。所以可得缝间距（2.3实验结果：(1)双缝宽0.08mm，缝距0.5mm，狭缝与光电传感器相距D=630mm，光电传感器前通光孔0.6mm，光电传感器放大倍数为10倍时光强-位移数据缝到传感器接收头的距离123平均值(cm)625628633628.6选择缝距（mm）0.5一级极大干涉中心左侧横坐标值(XL)光强值5.21.28干涉中心右侧横坐标值(XR)光强值6.41.29角宽度θ计算所得缝距(mm)二级极大干涉中心左侧横坐标值(XL)光强值4.61.04干涉中心右侧横坐标值(XR)光强值6.91.09(2)双缝宽0.08mm，缝距0.25

7、mm，狭缝与光电传感器相距D=630mm，光电传感器前通光孔0.6mm，光电传感器放大倍数为10倍时光强-位移数据缝到传感器接收头的距离123平均值(mm)625628633628.6选择缝距（mm）0.25一级极大干涉中心左侧横坐标值(XL)光强值5.10.86干涉中心右侧横坐标值(XR)光强值6.00.82角宽度θ计算所得缝距(mm)二级极大干涉中心左侧横坐标值(XL)光强值4.40.7干涉中心右侧横坐标值(XR)光强值6.50.67角宽度θ计算所得缝距(mm)实验3光栅衍射（夫琅和费多缝衍射）【实验原理】光栅的衍射即为夫琅和费多缝衍射，与双缝衍