文档介绍：测定夫琅禾费衍射实验测定单缝衍射的光强分布【教学目的】,加深对衍射理论的理解。,掌握其分布规律。。【教学重点】夫琅禾费衍射理论夫琅禾费单缝衍射装置用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布,衍射法测量微小量【教学难点】夫琅禾费单缝衍射光路及光强分布规律【课程讲授】提问:??一、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。要实现夫琅禾费衍射,必须保证光源至单缝的距离和单缝到衍射屏的距离均为无限远(或相当于无限远),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,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P0处,是中央明纹的中心,光强最大,设为I0,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,为单色光的波长,当时,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,即: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=±,±,±,…,这些次极大的相对光强I/,,,…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L1,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,由上二式可得二、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。按测量一维光强分布和测量偏振光光强分布两种方式可构成两种装置,分别见图4和图5。图4衍射、干涉等一维光强分布的测试1、激光电源2、激光器3、单缝或双缝等及二维调节架4、小孔屏5、导轨6、光电探头7、一维光强测量装置8、WJF型数字式检流计图5测量偏振光光强1、激光电源2、激光器3、扩束镜及平行光管4、起偏检偏装置5、光电探头6、WJF型数字式检流计三、(要求交流稳压220V±11V,频率50HZ输出),开机预热15分钟;“1”档,衰减旋钮置于校准位置(即顺时针转到头,置于灵敏度最高位置),调节调零旋钮,使数据显示为-.000(负号闪烁);,接上测量线(线芯接负端,屏蔽层接正端,如若接反,会显示“-”),即可测量微电流;,仪器会有超量程指示,即数码管显示“]”或“E”,其他三位均显示“9”,此时可调高一档量程(当信号大于最高量程,即2×10-4A时,应换用其他仪表测量);,小数点不在第一位时,一般应将量程减小一档,以充分利用仪器的分别率;,只有在旋钮置于校准位置(顺时针到底)时,数显窗才指示标准电流值;,需要将某数值保留下来时,可开保持开关(指示灯亮),此时,无论被测信号如何变化,前一数值保持不变。(一)衍射、干涉等一维光强分布的测试按图4搭好实验装置。此前应将激光管装入仪器的激光器座上(本仪器不包含激光器,需另行购置),并接好电源;打开激光器,用小孔屏调整光路,使出射的激光束与导轨平行;打开检流计电源,预热及调零,并将测量线连接其输入孔与光电探头;调节二维调节架,选择所需要的单缝、双缝、可调狭缝等,对准激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光斑;移去小孔屏,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,使光电探头沿衍射图样展开方向(x轴)单向平移,以等间隔的位移()对衍射图样的光强进行逐点测量,记录位置坐标x和对应的检流计(置适当量程)所指示的光电流值读数I,要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应的坐标的测量;绘制衍射光的相对强度I/I0与位置坐标x的关系曲线。由于光的强度与检流计所指示的电流读数成正比,因此可用检流计的光电流的相对强度i/i0代替衍射光的相对强度I/I0。由于激光衍射所产生的散斑效应,光电流值显示将在时示值的约10%范围内上下波动,属正常现象,