文档介绍：1
实验 测定单缝衍射的光强分布
实验目的
1•观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
•会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
•学会用衍射法测量微小量。
实验仪器
激光器，单缝，硅光电池，读数显微镜，光点检流计和米尺。
实验原理
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•单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量
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，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近， 那么，这样的衍
射现象就比较容易观察到。
单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和 衍射波都不都是球面波； 另一种是夫琅和费衍射， 单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当
单缝
硅光电池
激光管
光点检流计
于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（ 〜），在狭
，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹， 如图5—9— 1所示。当在观察屏位置处放上硅光电池和读数显微镜装置， 与光点检流计相连
的硅光电池可在垂直于衍射条纹的方向移动， 那么光点检流计所显示出来的硅光电池的大小
就与落在硅光电池上的光强成正比。如图 5 — 9—2所示的实验装置。
当激光照射在单缝上时， 根据惠更斯一一菲涅耳原理， 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
sin 2
4
■D
(5— 9— 1)
式中，d是狭缝宽，，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之间的距离，其光强分布如图 5— 9—3所示。
I
..I
0
sin 2 -d
J
1 9 =JT
-=2二
■I > #■
图 5 — 9 — 3
当二相同，即x相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样
是平行于狭缝的条纹。当 “ =0时，x =0，I =>o，在整个衍射图样中，此 处光强最强，称为中央主极大；当日=Kn(K=±1, ± 2,…)，即日」K^D/d 时，1 = 1 o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可用K - _1的两条暗条纹间的间距确
定，厶x = 2，D • d ；某一级暗条纹的位置与缝宽 d成正比，d大，°x小，各
10
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-10 到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。于是，单缝的 宽度为
(5— 9— 2)
因此，如果测到了第 K级暗条纹的位置 x，用光的衍射可以测量细缝的宽度。
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本质的
理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。 衍射使光强在空间重新分布， 利用光电
元件测量光强的相对变化，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