文档介绍：单缝衍射的光强分布
北方民族大学基础物理实验中心大学物理实验指导书
光在传播时遇到障碍物将绕过障碍物,改变光的直线传播,称为光的衍射。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。因此研究光的衍射,不仅有助于对光的本性的理解,同时也有助于进一步学习近代光学技术,如光谱分析,晶体分析,全息分析,光学信息处理等。
衍射导致光强在空间的重新分布,利用光电传感元件探测光强的相对变化,是近代技术中常用的测定光强分布的方法之一。
【实验目的】
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3. 利用单缝衍射的规律计算缝宽。
【实验仪器】
半导体激光器、KF-WGZII型光强分布测试仪,KF-WJF型数字检流计等。
图1 衍射一维光强分布的测试仪器图
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、KF-WJF型数字式检流计
【实验原理】
光的衍射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
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如图2所示,
图2 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:
IA?I0sin2??2(???bsin?)?
式中,b为狭缝的宽度,为单色光的波长,当β=0时,光强最大,称为主极大,主极大的强sin??K?
b(K??1,?2,?3,???)
度决定于光强的强度和缝的宽度。当β=Kπ,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β=±,±,±,?,这些次极大的相对光强I/,,,?
图3 夫琅禾费衍射的光强分布
夫琅禾费衍射的光强分布如图3所示。
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图4 夫琅禾费单缝衍射的简化装置
用激光器作光源,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4,这时,
sin??tan??x/D
由上二式可得
b?K?D/x(1)
【实验内容】
,学习使用检流计。
,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。
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【实验步骤】