夫琅和费衍射实验分析0

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1、夫琅和费衍射实验分析0夫琅和费衍射实验分析，强度分布，观察，体会及心得摘要：夫琅和费衍射实验测量单缝衍射光强分布以及射方法测最细丝半径的学习屮加深理解，加深对强度分布的认识，总结笔者対实验的经验，并从中进一步概括出衍射现象的一些重要特征。关键词：夫琅和费衍射实验强度分布一，引言光谱分析基础的奠基人是徳国物理学家夫琅和费、基尔霍夫和本生等人。光谱分析对天文学的发展起过重要推动作用。1814—1817年夫垠和费利用阳光照亮的窄缝作为白光源，应用很好的棱镜，发现在太阳光谱的背景上分布着500多条暗线。夫琅和费又制备了光栅，第一个观察到光栅光谱，通过光栅的衍射第一次测量了喑线的波长。这些暗线后來称为

2、夫琅和费线。继夫垠和费Z后，火焰光谱，蜡烛光谱以及其他光谱相继发现，积累了大量的实验数据和资料。德国物理学家，1787年3月6日生于斯特劳宾，夫琅和费集工艺家与理论家的才干于一身，把丰富的实践经验与理论结合起來，対光学和光谱学作出了重耍贡献。1814年用自己改进的分光系统，发现并仔细研究了太阳光谱中的若干条暗线（现称为夫琅和费线）。他利用衍射原理测出它们的波长,将576条暗线编制成表,并用字母A、B、C、D、…、I等将其中主要的线命名，还在星光屮发现了某些谱线。他用这些谱线测量了各种光学玻璃的折射率达到以前从未有过的粘度，解决了大块高质量光学玻璃制造的难题。他用几何光学理论设计和制造了消色差

3、透镜以取代过去盲目试验的方法，还首创用牛顿环方法检查光学表而加工精度及透镜形状。他所制造的人型折射望远镜等光学仪器，负有盛名。这些成就，使当时光学技术的权威由英国转移到德国，推动了精密光学工业的发展。1821年，他发表了平行光单缝衍射的研究结果（后人称平行光衍射为夫琅和费衍射），做了光谱分辨率的试验，第一个定量地研究了衍射光栅，制成260条平行线组成的光栅，用它测量了光的波Ko1823年他乂用金刚石刀刻制了玻璃光栅（3200条/巴黎寸），给出了至今通用的光栅方程。二，实验过程探索实验仪器1）光电综合实验V台主机:2）半导体激光光源；3）可调宽度的狭缝;4）焦距的凸透镜;5）调整架;6）接收屏

4、；7）衰减片；8）电池、CCD光强分布在杳阅相关资料后发现可以利川计算机川多缝动态夫琅和费衍射及光强的实时测量对光强进行较为准确的分析利用计算机接口技术实时地采集实验数据，在计算机荧屏上迅速地描绘出多缝夫琅和费衍射花样的光强分布曲线，方便地与理论曲线比较，实时地观察多缝夫琅和费衍射花样的动态变化过程，确定主极强数tl及缺级位置，从而可以直观地显示出干涉因子的特点、衍射因子的作用和缺级现象等多种动态衍射特征。书本上采用的是基本的测量方法。1.单缝衍射的光强分布当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现彖。如果障碍物的尺寸与波长

5、相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。当激光照射在单缝上时，根据惠更斯——菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为式中，d是狭缝宽，入是波长，D是单缝位置到光电池位置的距离，x是从衍射条纹的中心位置到测量点Z间的距离，其光强分布如图所示。6=BxAD当o和同，即x相同时，光强和同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行丁狭缝的条纹。当0=0时，x=0,01=1,在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极人；当e=Kji(K=±

6、1,±2,A),即B=KXDd时，0I二I在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央亮条纹的宽度Ax口J用K=±1的两条暗条纹间的间距确定，Ax=2XDd；某一级暗条纹的位置与缝宽d成正比，d大，x小，各级衍射条纹向中央收缩，当d宽到一•定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置冇一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。于是，单缝的宽度为xdKDX=(5—9—2)凶此，如果测到了第K级暗条纹的位置x,用光的衍射对以测量细缝的宽度。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光木质的理解，而月•能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射

7、使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的和对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。根据互补原理，光朿照射在细丝上时，其衍射效应和狭缝一样，在接收上提到同样的明暗相间的衍射条纹。因此，利用上述原理也对以测量细丝直径及其动态变化。具体实验图：单-缝衍射的强度分布特点(1)主极强一--零级衍射斑主极强出现在u=0的地方，u二0相当于各衍射之间无光程差。(2)次极强----高级衍射斑次极强出现在