光强分布的测量.doc

光强分布的测虽实验一、 实验目的1 .观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解2 .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3 .学会用衍射法测量微小量4. 验证马吕斯定律二、 实验原理图1 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I与光轴方向成中角的衍射光束会聚于屏上Pa处，Pa的光强由计算可得:I _| sin2 :A 0 : 2-：bsinsin = K — b式中，b为狭缝的宽度，％为单色光的波长，当 P =0时，光强最大，称为主极大，主极大的强度决定于光强的强度和缝的宽度当E =k兀，即:（K =±1,± 2,土 3, 一）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p= 土 1.43兀，±2.46兀，±3.47兀，…，这些次极大的相对光强 I/Io依次为0.047,0.017, 0.008, ••-■ 冗 | ■■冗 | ■■冗 冗 | 2^| 冗 &|冗 ［冗 1.43冗 2.46冗图2 夫琅禾费衍射的光强分布夫琅禾费衍射的光强分布如图 2所示e-Ne图3 夫琅禾费单缝衍射的简化装置用氮氧激光器作光源，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 Li,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 3,这时，sin * tan = x / D由上二式可得b = KD/x三、实验装置激光器座、半导体激光器、导轨、二维调节架、一维光强测试装置、分划板 、可调狭缝、平行光管、起偏检偏装置、光电探头 、小孔屏、 数字式检流计、专用测量线等。

激光器单缝图4 衍射、干涉等一维光强分布的测试四、实验步骤1. 接上电源（要求交流稳压 220V 土 11V，频率50HZ输出），开机预热15分钟；2. 量程选择开关置于“1”档，衰减旋钮顺时针置底， 调节调零旋钮，使数据显示为—.000;（一） 单缝衍射一维光强分布的测试1、 按图4搭好实验装置此前应将激光管装入仪器的激光器座上，并接好电源；2、 打开激光器，用小孔屏调整光路，使出射的激光束与导轨平行；3、 打开检流计电源，预热及调零，并将测量线连接其输入孔与光电探头；4、 调节二维调节架，选择所需要的单缝、双缝、可调狭缝等，对准激光束中心，使之在小 孔屏上形成良好的衍射光斑；5、 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高低一致，移动方向与 激光束垂直，起始位置适当；6、 开始测量，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（0.5mm）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,要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应的坐标的测量；7、 测量单缝到光电池的距离 D,测取相应移动座间的距离即可；8、 绘制衍射光的相对强度 I/I0与位置坐标x的关系曲线。

二） 偏振光现象的观察与测试1、 按图4搭好实验装置；2、 同（一），打开激光电源，调好光路，使在平行光管后的小孔屏上可见一较均匀圆光斑;3、 同（一），打开检流计，预热及调零；4、 旋去光电探头前的遮光筒，把探头旋接在起检偏装置上，然后连好测量线；5、 将起偏检偏器置于平行光管后并紧帖平行光管，使光斑完全入射起检偏器；6、 转动刻度手轮（连起偏器），在检流计上观察光强变化，以验证马吕斯定律7、 置起偏器读数鼓轮于“ 0”位置，开始测量转动分度盘（连检偏器） 5°,从检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来，测量一周五、数据记录及数据处理1. 单缝衍射记录（从 K = -3测到K = 3,要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应的坐标的测量）I ° = = 上二 0.004mmx(mm)II/I0x(mm)Ix(mm)II/I0（1） 选取中央最大光强处为坐标原点， 把测得的数据作 归一化 处理：即把在不同位置上测 得的检流计光强读数I除以中央最大的光强读数 |0,然后在毫米方格（坐标）纸上 做出L-x衍射相对光强分布曲线2） 根据分布曲线测量出各级最暗处距离明纹中心的距离 xK，利用公式 b = K人D/x 计算不同级次下的bK ,然后求b。

2. 偏振光强记录e （度）Icos2 0I /I°作_L- cos^图，若为直线则验证了马吕斯定律1 0六、思考题1. 缝宽的变化对衍射条纹有什么影响？提示：从b= K7Q/x可以看出，b变大，对于同一级次而言， x要变小，也就是说亮条纹变窄；从sinKMb可以看出，b变大，对于同一级次而言， 0要变小，也就是说亮条纹要向中心收缩2. 硅光电池前的狭缝光阑的宽度对实验结果有什么影响？提示：本实验要求精确测量各点的光强，所以 硅光电池前的狭缝光阑的宽度越小越好缝太大，测量的将是一定宽度的平均光强，会丢失暗条纹的位置，因而会导致测量误差3. 若在单缝到观察屏的空间区域内，充满着折射率为 n的某种透明媒质，此时单缝衍射图样与不充媒质时有何区别？提示：如果充满着折射率为 n的某种透明媒质，则出现暗条纹的公式可写为 sin巾=nKA / b ,显然，对于同一级次，巾要变大，也就是说亮条纹变宽，可见条纹级数变少4. 用白光光源做光源观察单缝的夫琅禾费衍射，衍射图样将如何？提示：将是一列彩色条纹5. 夫琅和费衍射应符合什么条件？提示：夫琅和费衍射为远场衍射，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。

6. 如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上，将会产生怎样的衍射花样？可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径？提示：根据巴比涅原理，一个细丝的衍射场与一个宽度相等的单缝衍射光场是互补的，即它们光场的位相相差180°,从而光强分布相同，衍射条纹是明暗相同的，条纹宽度是一致的因此，只要测得细丝夫琅和 费衍射光强的第k级极小的位置，在已知光源波长和细丝到接收屏距离的条件下，即可求得细丝的直径。