单缝衍射光强分布的测定

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1、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，

2、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。如图二单缝衍射的光路图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。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4根据惠更斯-菲涅耳原理

3、，可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角j等于或趋于零时，即j=0（或j→0），按式，有故I=I0，衍射花样中心点P0的光强达到最大值（亮条纹），称为主极大。当衍射角j满足时，ｕ=kp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Xk表示光强极小值点到中心点P0的距离，因衍射角y甚小，则故Xk=Lj=kλL/α,当λ、L固定时，Xk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。同时可推导出中央主极大的角度（即±1级暗纹的间距）Dj=2λ/α，两相邻暗纹的衍射角之差为Dj=λ/α。两相邻暗纹间的亮纹称为次极大。sinj0±1.43λ/α±2.46λ

4、/α±3.47λ/α…II00.47I00.017I00.008I0…各极极大的位置和相应的光强如下图三所示：图三单缝衍射的相对光强分布曲线实验内容和步骤实验装置如图一所示，按图搭好实验仪器。实验采用发散度甚小的He-Ne4激光作为光源，满足入射光为平行光的条件。为满足夫琅和费衍射条件，应尽量将显示衍射图像的屏远离单缝，即L>>1.00m，这样就可省去单缝后面的透镜。1.观察单缝衍射现象按图一安排实验仪器，点亮He-Ne激光器，调节各元件共轴，使激光垂直照射于单狭缝的刀口面上，在距狭缝L处置以观察屏P，在狭缝夹座上依次放狭缝A，B和单丝，观察屏上出现的各种现象和变化规律，并作记录

5、。最后固定缝宽α，调整各元件使屏上的衍射图像清晰、对称、最亮，而且条纹间距适当，以利于测量。+2.测定单缝衍射图像的相对光强分布移开衍射屏，用装有硅光电池的光强分布测示仪测出衍射光强。测量过程如下：打开激光电源，用小孔屏调整激光光路。打开检流计电源，预热及调零。测量线连接其输入孔与光电探头。调整二维调节架，选择所需要的单缝式双缝等对准激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光强。拿去小孔屏，调整一维光强测量装置使光电探头中心与激光束的高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。开始测量，转动手轮光电探头移动一定距离（如0.5mm或1mm），使硅光电池的进光狭缝从衍射图样的一边k

6、=3(或k=2)的位置开始单向逐点扫描到另一边k=3(或k=2)的位置，每隔0.5mm~1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。其中，应准确记下主极大、次极大和极小的位置及相对光强。3.作出衍射光强分布图在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值绘出来，从坐标纸上作出的相对光强I/I0与光电池位置X的关系曲线，就是衍射光强分布图，并与理论曲线作比较。测出狭缝与光电池的距离L，将各级的Xk（表示光强极小值点到中心点P0的距离）和L值代入公式Xk=kλL/α计算狭缝α宽度，并求平均值，计算标准差。记录数据表格自拟。数据记录及处理

7、衍射光强分布图实验值λ=632.8nmL=82cmXk…I…Xk…I…Xk…I…Xk…I…以上测量是转动按图一光路，转动手轮使光电探头移动一定距离（如0.5mm或1mm）每隔0.5mm~1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。将记录的数据用matlab软件或从坐标纸上作出的相对光强I与位置X的关系曲线。将各级的Xk（表示光强极小值点到中心点P0的距离）和L值4代入公式Xk=kλL/α计算狭缝α宽度，并求平均值，计算标准差。k代入公式Xk