文档介绍：实验9单缝衍射的光强分布
光波的波振面受到阻碍时，光绕过障碍物偏离直线而进入几何阴影区，并在屏幕上出 现光强不均匀分布的现象叫做光的衍射。研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动 性的理解，同时还有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱实验9单缝衍射的光强分布
光波的波振面受到阻碍时，光绕过障碍物偏离直线而进入几何阴影区，并在屏幕上出 现光强不均匀分布的现象叫做光的衍射。研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动 性的理解，同时还有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱分析、晶体结构分析、全 息照相、光信息处理等。衍射使光强在空间重新分布，利用硅光电池等光电器件测量光强 的相对分布是一种常用的光强分布测量方法。
一、 实验目的
观察单缝夫琅和费衍射现象。
掌握单缝衍射相对光强的测量方法，并求出单缝宽度。
二、 实验仪器
H-N 激光器、单缝及二维调节架、光电探测器及移动装置、数字式万用表、钢卷尺等。 ee
三、 实验原理
夫琅和费衍射
衍射是波动光学的重要特征之一。衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接 收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距 离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光 的衍射，称为夫琅和费衍射。菲涅耳衍射解决具体问题时，计算较为复杂。而夫琅和费衍 射的特点是，只用简单的计算就可以得出准确的结果。在实验中，夫琅和费衍射用两个会 聚透镜就可以实现。本实验用激光器作光源，由于激光器发散角小，可以认为是近似平行 光照射在单缝上；其次，，单缝距接收屏如果大于1米，缝宽相对于缝 到接收屏的距离足够小，大致满足衍射光是平行光的要求，也基本满足了夫琅和费衍射的 条件：
I i sin 2 u
0 U 2
菲涅耳假设和光强度 物理学家菲涅耳假设：波在传播的过程中，从同一波阵面上的各点发出的次波是相干
波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加，这就是著名的惠更斯—菲涅耳原理。如 图9-1所示，单缝AB所在处的波阵面上各点发出的子波，在空间某点P所引起光振动振 幅的大小与面元面积成正比，与面元到空间某点的距离成反比，并且随单缝平面法线与衍 射光的夹角（衍射角）增大而减小，计算单缝所在处波阵面上各点发出的子波在P点引起 光振动的总和，就可以得到P点的光强度。可见，空间某点的光强，本质上是光波在该点 振动的总强度。
as in 中
图9-1单缝衍射示意图
设单缝的宽度AB=a，单缝到接收屏之间的距离是L,衍射角为①的光线会聚到屏上P 点，并设P点到中央明纹中心的距离Xk。由图9-1可知，从A、B出射的光线到P点的光 程差为： BC = a sin ① (9-1)
式中，e为光轴与衍射光线之间的夹角，叫衍射角。
如果子波在P点引起的光振动完全相互抵消，光程差是半波长的偶数倍，在P点处将 出现暗纹。所以，暗纹形成的条件是：
九
a sin ①二 2 K K=±1,±2...... (9-2)
2
在两个第一级(K=±1)暗纹之间的区域(-入V a sin①v入)为中央明纹。
由(9-2)式可以看出，当光波长的波长一定时，缝宽a愈小，衍射角e愈大，在屏 上相邻条纹的间隔也愈大，衍射效果愈显著。反之，a愈大