实验单缝衍射光强分布研究

1、-实验三种单缝衍射光强分布的研究一、实验简介光的衍射现象是光的波动性的表现。衍射现象的存在深刻地表明光子的运动受不确定性关系的限制。因此，研究光的衍射不仅有助于加深对光本质的理解，而且也是现代光学技术(如光谱分析、晶体分析、全息分析、光学信息处理等)的实验基础。随着衍射，在空间中重新分配光强，使用光传感元件检测光强的相对变化，是现代技术中常用的光度测定方法之一。二、实验目的1、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解；2、学习用光电元件测量单狭缝衍射相对光强分布的方法，并掌握了其分布规律；3、学习使用衍射测量狭缝的宽度。三、实验原理1、单缝衍射强度分布光在传播过程中通过障碍物时，

2、例如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等，光的一部分会传播到几何阴影，从而产生衍射现象。障碍物的大小与波长差不多的话，很容易观察到这种衍射现象。在单狭缝衍射中，菲涅耳衍射、单狭缝距离光源和接收屏幕有限，或者入射波和衍射波都是方波。另一个是fraunhofer衍射。单狭缝平行光和接收屏幕都可以看到无限或无限，即入射波和衍射波都是平面波。激光束通过非常细的狭缝(0.1 0.3毫米宽)以散射角度非常小的激光(0.002rad)生成，在狭缝后大于0.5米的地方放置观察屏，您会看到实际上是fraunhofer衍射条纹的衍射条纹，如图1所示。图1在激光照射到单个狭缝时，根据惠更斯菲涅耳原理，单个狭缝的每个

3、点可以看作是向所有方向发射球棉棒的信波源。小波叠加的结果是在屏幕上获得与单个接缝平行的明暗条纹集。激光的方向很强，可以认为是平行光束。由单狭缝生成的夫琅和费衍射图案，满足近似条件的衍射光学图：产生深色条纹的条件如下：(1)深色条纹的中心位置为：(2)相邻两个岩纹之间的中心是明暗很大的中心。理论上可以计算，单狭缝衍射后垂直入射到单狭缝平面的平行光的光强分布如下：(3)样式是狭缝宽度和波长，是从单狭缝位置到光电池位置的距离，是从衍射条纹的中心位置到测量点的距离，如图2所示。相同的话，亮度相同，所以在屏幕上获得的亮度相同的图案是平行于狭缝的条纹。当时，图2，在整个衍射图案中，最强的强度(称为中心主分

4、量)在这里；中央明道是最亮、最宽的，其宽度是其他各级名税宽度的两倍。立刻，这个地方有暗条纹。深色条纹以光轴为对称轴，均匀间隔，左右对称分布。确定两个深色条纹之间的间距，可以使用中心浅条纹的宽度。深色条纹的位置与狭缝宽度成反比，大大小小，所有级别的衍射条纹向中央收缩。在一定程度上，衍射现象不再明显，只能看到中心位置有明亮的线，此时光可以被认为是沿直线沿几何方向传播的。次要最大样式和中央样式的相对强度为：(4)2、衍射屏障宽度的测量在上述分析(例如，已知的光波长)中，单个狭缝的宽度计算如下(5)因此，如果测量了等级深条纹的位置，就可以在光的衍射中测量细微接缝的宽度。同样，单个狭缝的宽度可以测量未知

5、光的波长。3、光电检测光的衍射现象是光的波动性的表现。研究光的衍射现象不仅能加深对光本质的理解，还能为更好地学习现代光学奠定基础。衍射是在空间上重新分配光强，利用光电元件测量光强相对变化的方法之一，是光学精密测量中常用的方法。如果将硅光电池和一维光强度读出装置放置在孔屏位置上，并且连接到数字检流计(也称为光点检流计)的硅光电池可以沿衍射展开方向移动，则数字检流计中显示的光电流的大小与施加到硅光电池的亮度成正比，如图3所示，显示实验装置。根据硅光电池的光电特性，光电流与入射光能量成正比，只要工作电压不太小，光电流与工作电压无关，光电子特性是线性关系。因此，如果光电池由数字检流计组成的电路的内部电

6、阻恒定，则光电流的相对强度表示直接光的相对强度。硅光电池的照明面积很大，实际上需要在每个点测量发光强度，因此在硅光电池前面安装一个小狭缝光条(0.5mm)来控制光的面积，在装有螺旋微设备的基座上安装硅光电池就可以水平移动，就像改变衍射角度一样。图3四、实验设备衍射强度实验系统：单色光源：激光；衍射装置：可调单缝、多缝板、孔板、光栅；接收设备：光传感器、光电流放大器、白屏；灯座：1m硬铝导板。2d调整滑动座这是一个滑动片，具有用于灯座的特殊设备，一侧有三个旋钮，顶部用于调整垂直平面上光学设备(如狭缝)的角，使设备垂直，中间水平调整。下面用于锁定滑轨上滑动片的位置。移动测量框架主机构有100%鼓轮

7、控制精密螺杆，可调整狭缝前后移动，指针指示狭缝在直线上的位置，狭缝前后各有一个装有光管和光电探针的圆形套筒。鼓轮旋转一周，狭缝移动1毫米，因此鼓轮旋转小网格，狭缝(连同光电探针)仅移动0.01毫米。光学传感器主要由硅光探测器使用的相对光强度测量，波长范围：200-1050 nm。数字光电流放大器通过连接器(航空插头)连接到光传感器，可以在与相对光强度测量相关的实验中使用。该装置易于操作，除了数字显示窗口和开关外，前面板上还安装了一个增益调节旋钮。如果高亮度溢出超过增益调整范围(窗口中显示“1”)，则可以减少增益或减小狭缝宽度以恢复正常显示。五、实验内容和阶段按图4安装每个实验设备。打开光电流放

8、大器预热10-20分钟。1-激光，2-单狭缝，3-光导轨，4-小孔屏幕，5-光电探针，6-1维测量设备，7-数字检流计(a)准备工作以一维测量机架的光电探测器的轴为基准，调节光学系统各光学部件同轴高低。1、转动测量台的后发轮，将光电探针置于适当位置2、激光水平调整(1)在具有水平调节装置的普通滑台上安装移动光目标。移动灯光目标，使灯光目标平面和测量帧平行于灯光入口。并且通过水平调节装置，使靶把光学探针对准光球的中心；(2)打开激光电源，沿着导轨前后移动光目标，调整激光帧的六向控制手按钮，使光点始终击中靶心；3、卸下灯光目标，安装白屏在有横向调节装置的滑梯上放入狭缝，调节狭缝同轴高度。同时，将狭

9、缝固定在光传感器850mm左右(注：由于光传感器允许与导轨的刻度有一定距离，因此在读取刻度的读数时要添加大约60mm)。(b)观察衍射图样白屏放在光传感器前面，观察衍射图案。根据衍射斑点的状态适当调整狭缝宽度。衍射图案清晰，各级分离距离适中，测量方便。(c)测量1、消除白屏，打开光电流放大器电源旋转后鼓轮，横向微移位测量帧大幅度进入衍射中心主光传感器接收区，并在左右移动的同时观察数字显示值。数字显示值为1意味着光能太强。(1)逆时针调整光电流放大器的增益，建议值为1500左右(2)调节光传感器侧的微磁头，减少入射面对接收面的能量附注：一旦确定了狭缝的宽度，就无法在整个数据测量过程中进行更改2、

10、按标尺和鼓轮的读数和光电流放大器数字显示，记录光电探针位置和相对光强度值3、从比中央周略小的点开始记录数据在选定的单个方向上旋转鼓轮，每0.1毫米(100%鼓轮的10个网格)记录1个数据，直到测量了0-2最大和1-3最小水平。注意：在读数前沿选定的单个方向旋转几圈后开始读数，可避免回程差异。附着：激光输出或光传感器的电流输出有些起伏，是正常现象。使用前预热到10-20min会更好。实际上，如果接收设备的数值波动小于10%，对绘制衍射图案没有太大影响。六、实验数据记录和数据处理1、数据记录表()座位表相对强度座位表相对强度座位表相对强度座位表相对强度41.02944.886548.614152.

11、41641.13444.996248.79352.51741.23845.0104648.85952.61941.35245.1114348.93952.72141.46045.2122749.02652.82341.56845.3132449.12052.92641.67445.4141249.21753.02841.77845.5151249.31553.12941.88245.6160449.41753.22941.98545.7167749.52053.33242.08645.8173049.62553.43242.18745.9177749.73253.53342.28446.018

12、2049.83953.63442.37846.1185449.94853.73342.47146.2186350.05553.83242.56346.3186450.16353.93042.65446.4185350.26954.03042.74446.5183250.37354.12942.83546.6179550.47654.22642.92846.7174950.57854.32343.02246.8169750.67754.42243.11846.9162250.77454.52043.21647.0154050.86954.61843.31647.1144050.96454.717

13、43.42047.2134651.05854.81643.52647.3126051.15254.91543.63947.4115751.24655.01443.76447.5104551.34055.11443.88847.692751.43355.21443.913547.782651.52855.31444.018047.872151.62455.41544.122647.963651.72055.51544.229048.054851.81855.61544.337548.146551.91655.71644.444748.239552.01555.81644.554948.33185

14、2.11555.91944.666948.425252.21456.01944.777148.519452.31456.1202、数据处理1)根据测量的数据绘制相对亮度和从测量的点到中心点的距离的函数关系曲线2)查找图形中最大值和最小值的位置，以及每个最大值的相应亮度值，然后列出表格项目最大值最小值供水012123坐标位置46.2550.5553.649.3552.2555.15相对强度18647834151414 1-3的暗条纹和中央各州之间的最大距离狭缝测量，根据公式得出1-3暗条纹和中心周最大值之间距离的计算值。测量1-3的深色条纹和中心周最大值之间的距离：1-3的深色条纹和中心主最大值之间距离的百分比误差百分比： 1-2级明条纹和中周最大值之间的相对亮度比级别1-级别2条带和中心最大值之间的相对强度因子测量：1-2级明条纹和中周最大值之间的相对亮度比的理论值：1-2级条纹和中心最大值之间的相对亮度比的%误差比：3)计算狭缝宽度等级1的深色条纹与中心周最大值之间的距离的测量，计算值可从公式中获得狭缝宽度：狭缝测量，狭缝宽度的%误差比：实验试题1、激光输出的亮度变化对单缝衍射模式和光强分布曲线有影响吗？能具体说明一下有什么影响吗？回答：(1)不影响单缝衍射图案。因为，而且。在、和中相同，在所有级别上，条纹位置不变，衍射图案