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光强分布实验研究实验总结 　　实验三单缝衍射光强分布研究　　一、实验简介　　光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射现象的存在，深刻说明了光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，也是近代光学技术的实验基础。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光强测量方法之一。　　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、学会用衍射法测量狭缝的宽度。　　三、实验原理　　1、单缝衍射的光强分布　　当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么这样的衍射现象就比较容易观察到。　　单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距离光源和接收屏均为限远，或者说入射波和衍射波都是球面波；另一种是夫琅禾费衍射，单缝距离光源和接收屏均为无限远或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。　　在用散射角极小的激光器(与波长相近，那么这样的衍射现象就比较容易观察到。　　单缝衍射[single-slitdiffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射[Fresneldiffraction]，单缝距离光源和接收屏[receivingscreen]均为有限远[nearfield]，或者说入射波和衍射波都是球面波；另一种是夫琅禾费衍射[Fraunhoferdiffraction]，单缝距离光源和接收屏均为　　无限远[farfield]或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。　　在用散射角[scatteringangle]极小的激光器()产生激光束[laserbeam]，　　通过一条很细的狭缝，在狭缝后大于的地方放上观察屏，禾费衍射条纹，如图1所示。　　当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理[Huygens-Fresnelprinciple]，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。　　激光的方向性强，可视为平行光束。宽度为d的单缝产生的夫琅禾费衍射图样[pattern]，其衍射光路图满足近似条件：　　sin????x　　D　　?D??d?　　产生暗条纹[darkfringes]的条件是：　　dsin??k??k??1,?2,?3,??　　暗条纹的中心位置为：　　x?k?D　　d　　两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心[centerofbrightfringes]。　　由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布[intensitydistributionoflight]的规律为：　　式中，d是狭缝宽[width]，?是波长　　D　　是单缝位置到光电池[photocelll]I(x)　　如图2所示。　　当?相同，即x到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当??0时，　　?10　　12　　x　　10　　图2x　　x?0，I?I0，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大[centralmain　　maximum]；中央明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。　　当??k??k??1,?2,??，即x?k?D　　d　　时，I?0，在这些地方为暗条纹。暗条纹是　　以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央亮条纹的宽度?x可用k??1的两条暗条纹间的间距确定，?x?2?D　　d　　；某一级暗条纹的位置与缝宽d成反比，d大，x　　小，各级衍射条纹向中央收缩；当d宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿几何直线传播的。　　次极大[secondarymaximum]明纹与中央明纹的相对光强分别为：　　　　2、衍射障碍宽度d的测量　　由以上分析，如已知光波长?，可得单缝的宽度计算公式为　　d?k?D　　x　　因此，如果测到了第k级暗条纹的位置x，用光的衍射可以测量细缝的宽度d。同理，如已知单缝的宽度d，可以测量未知的光波长?。3、光电检测　　光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。　　当在小孔屏位置处放上硅光电　　单缝　　池和一维光强读数装置，与数字检流计相连的硅光电池可沿衍射展开方向移动，那么数字检流计所显示出来的光电