光强分布的研究

1、北京联合大学基础部物理实验室北京联合大学基础部物理实验室实验目的实验目的实验原理实验原理数据处理数据处理实验仪器实验仪器实验内容实验内容思考问题思考问题实验目的实验目的 n观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射等现象，加深对光的干涉和衍射理论的理解；等现象，加深对光的干涉和衍射理论的理解； n研究单缝衍射的光强分布；研究单缝衍射的光强分布；n研究激光通过偏振片后光强的分布规律，加强对研究激光通过偏振片后光强的分布规律，加强对光的偏振理论的理解。光的偏振理论的理解。实验仪器实验仪器n光强分布测试仪；光强分布测试仪；n激光器、单缝、双缝、多缝、光栅、偏

2、振片；激光器、单缝、双缝、多缝、光栅、偏振片；n硅光电池（光电探头）；硅光电池（光电探头）；n微电流测量仪。微电流测量仪。1.1.光强分布测试仪光强分布测试仪1激光器，激光器， 2单缝，单缝，3光导轨，光导轨，4小孔屏，小孔屏，5光电探头，光电探头，6一维测量装置，一维测量装置，7数字检流计数字检流计 实验原理实验原理n单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射光强分布光强分布； n光的偏振光的偏振一、单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射一、单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射1. 单缝衍射单缝衍射sl1l2esinioa2a3aa2a3a干涉相消（干涉相消（）干涉加强（干涉加强（）sin22a

3、kk sin(21)2ak p1s2ssxoob实实 验验 装装 置置d1r2rdddr2. 双缝干涉双缝干涉xddsin12drrr波程差波程差sintanx d减弱减弱2) 12(kkxrdd 加强加强,2, 1 ,0k暗纹暗纹(21)2dkddkdx明纹明纹,2, 1 ,0k条纹间距条纹间距 dxd双缝干涉光强分布双缝干涉光强分布3.光栅衍射光栅衍射()sinabk光栅方程光栅方程 0 0i单单-2-2-1-11 12 2i0 04 48 8-4-4-8-8单缝衍射单缝衍射 轮廓线轮廓线光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线二、光的偏振二、光的偏振1. 1. 什么是偏振光？什么是偏振光？自然光

4、自然光线偏振光线偏振光2.2.偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 起起 偏偏021i偏振化方向偏振化方向0i起偏器起偏器检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器马吕斯定律（马吕斯定律（1880 年）年）nm2e1e221cosii 强度为强度为 的偏振光通过检偏振器后的偏振光通过检偏振器后, , 出射光的强度为出射光的强度为1i221cosii马吕斯定律马吕斯定律: :实验内容实验内容n观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射等现象；等现象；n测量单缝衍射的光强分布；测量单缝衍射的光强分布；n测量激光通过偏振片后光强的分布。测量激光通过偏振片后光强的分布

5、。一、观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射等现象一、观察单缝衍射、双缝干涉、多缝干涉、光栅衍射等现象. 在光导轨上正确安置好各实验装置。打开激光器，用小孔屏在光导轨上正确安置好各实验装置。打开激光器，用小孔屏 调整光路，使激光束与导轨平行。调整光路，使激光束与导轨平行。2. 确保激光器的激光垂直均匀照射单缝，先用小孔屏进行观察，确保激光器的激光垂直均匀照射单缝，先用小孔屏进行观察，调节单缝倾斜度及左右位置，使衍射光斑水平，两边对称。调节单缝倾斜度及左右位置，使衍射光斑水平，两边对称。3. 使激光分别照射在单缝、双缝、多缝和光栅上，观察小孔屏使激光分别照射在单缝、双缝、多缝和光栅上，观察小

6、孔屏上的衍射图样并进行比较。上的衍射图样并进行比较。二、研究单缝衍射的光强分布二、研究单缝衍射的光强分布. 将激光照射在单缝上，移去小孔屏，在小孔屏处放上硅光电将激光照射在单缝上，移去小孔屏，在小孔屏处放上硅光电 池，开启微电流测量仪，预热池，开启微电流测量仪，预热5分钟；分钟；2. 遮住激光出射口，把微电流测量仪调到零点基准；遮住激光出射口，把微电流测量仪调到零点基准；3.把硅光电池狭缝位置移到标尺中间位置处，调节硅光电池左右、把硅光电池狭缝位置移到标尺中间位置处，调节硅光电池左右、高低和倾斜度，使衍射光斑中央最大两旁相同高低和倾斜度，使衍射光斑中央最大两旁相同 级次的光强以同样级次的光强以

7、同样高度射入硅光电池狭缝；高度射入硅光电池狭缝；4. 转动光强测量装置鼓轮到零点，每经过转动光强测量装置鼓轮到零点，每经过1.000mm（即鼓轮（即鼓轮 转动一周），沿展开方向测一点光强，一直测到另一侧端点；转动一周），沿展开方向测一点光强，一直测到另一侧端点；5. 根据所测数据，绘制光强分布曲线。根据所测数据，绘制光强分布曲线。二、光的偏振研究二、光的偏振研究.调节激光聚焦成点光源，将激光点照射在偏振片上；调节激光聚焦成点光源，将激光点照射在偏振片上；3. 移去小孔屏，使硅光电池狭缝正对光斑。遮住激光出射口，移去小孔屏，使硅光电池狭缝正对光斑。遮住激光出射口， 把微电流测量仪调到零点；把微电

8、流测量仪调到零点；4. 将游标的零点与主尺的零度对齐，转动偏振器使出射光强将游标的零点与主尺的零度对齐，转动偏振器使出射光强 最大（最大（ =00），固定偏振器顶端螺丝，在此条件下进行测量；），固定偏振器顶端螺丝，在此条件下进行测量；5. 转动偏振片，在转动偏振片，在0360间每间每10测一次。测一次。2. 转动偏振片，观察小孔屏上的光斑强度变化转动偏振片，观察小孔屏上的光斑强度变化(定性观察定性观察)；6.作出作出i-cos2曲线。曲线。数据处理数据处理n 本实验使用的半导体红光激光器波长为：本实验使用的半导体红光激光器波长为：= 635.0 nmn 数据记录：数据记录：1. 单缝衍射的光强

9、分布单缝衍射的光强分布次数k12.50 x(mm)0.0001.00050.000i(ua)2. 光的偏振研究光的偏振研究次数k12.37（0）0.0010.00360.00i(ua)n 数据处理与分析：数据处理与分析：1. 作单缝衍射的光强分布曲线，分析其规律；作单缝衍射的光强分布曲线，分析其规律；2. 作出偏振光的作出偏振光的i-cos2曲线，验证马吕斯定律。曲线，验证马吕斯定律。思考问题思考问题n 偏振器的游标盘每个小格是多少度，相当于多少分？偏振器的游标盘每个小格是多少度，相当于多少分？n 半导体激光器发射的激光是偏振光吗？半导体激光器发射的激光是偏振光吗？ u 在测量过程中，检流计的档位