试验十光衍射相对光强分布的测量.PDFVIP

实验十 光衍射相对光强分布的测量 光的衍射现象是光的波动性的一种表现，它说明了 的直线传播规律只是衍射现象不 显著时的近似结果．衍射现象的存在，深刻地反映了光子（或电子等其他微观粒子）的运 动是受测不准关系制约的．因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是 近代光学技术（如 谱分析、晶体分析、全息分析、光学信息处理等）的实验基础． 衍射导致了光强在空间的重新分布，利用光电传感元件测量和探测光强的相对变化， 是近代技术中常用的光强测量方法之一． 【实验目的】 1．掌握在光学平台上组装、调整光的衍射实验 路； 2 ．观察不同条件下产生的衍射，归纳总结单缝衍射现象的规律和特点； 3 ．学习利用光电元件测量相对 强的实验方法，研究单缝衍射中相对 强的分布规律； 4 ．学习微机自动控制测衍射 强分布谱和相关参数． 【实验原理】 1．衍射 强分布谱 衍射现象分两大类：夫琅和费衍射（远场）和菲涅耳衍射 （近场）．本实验仅研究夫琅 和费衍射． 夫琅和费衍射要求 源和接受衍射图像的屏幕远离衍射物 （如单缝等），即入射 和衍 射 都是平行光．夫琅和费衍射 路见图 1，其中，S 是波长为l 的单色 源，置于透镜 L 1 的焦平面上时，单色 经L 1 后形成平行 束投射到缝宽为a 的单缝上，通过 缝后的衍 射 经透镜L2 会聚在其后焦平面处的屏P 上，屏上将呈现出亮暗相间按一定规律分布的衍 射图样． 由惠更斯 菲涅耳原理可知，单缝衍射的 强分布公式为 sin u 2 sinj Ij I 0 ( ) ， u p a （1） u l 图1 单缝夫琅和费衍射 路 69 式中：a 为单缝的宽度，I0 为入射 强，j 为衍射 与 轴的夹角——衍射角．在衍射角 为j 时，观察点的光强I 值与光波波长l 和单缝宽度a 相关．[sin (u) / u]2 常称为单缝衍射 因子，表征衍射 场内任一点相对 强（I I ）的大小．若以sinj 为横坐标，（I I ）为 0 0 纵坐标，可得到单缝衍射 强的分布谱 （如图2 所示）． 当 j = 时， I = I 0 （2 ） 这是平行于 轴的光线会聚处 中央亮条纹中心点的光强，是衍射图像中光强的极 大值，称为中央主极大．当 asinj = kl ， k = ±1，±2 ，±3，…… （3 ） 则u = k π, I = 0, 即为暗条纹．与此衍射角对应的位置为暗条纹的中心．实际上j 角很小， 因此上式可改写成 kl j （4） a 由图1 也可看出，k 级暗条纹对应的衍射角 x j k k （5) L kl x k 故 （6 ） a L 由以