實(shí)驗(yàn)二四衍射光強(qiáng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)二四 衍射光強(qiáng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解衍射的基本原理及光強(qiáng)分布；2、熟悉實(shí)驗(yàn)操作及軟件的使用；3、理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，相互驗(yàn)證，掌握衍射光強(qiáng)的分布。實(shí)驗(yàn)原理夫瑯和費(fèi)衍射是指光源和觀察者離衍射物體均為無窮遠(yuǎn)時(shí)的衍射。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中只要滿足光源s與衍射體d之間的距離u與d至觀察屏p之間的距離v均遠(yuǎn)大于就能觀察到夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象，其中a為衍射物的孔徑，為光源的波長(zhǎng)。單縫夫瑯和費(fèi)衍射的光強(qiáng)公式為： (1) (2)式中是中心處的光強(qiáng)，與縫寬的平方成正比。公式的推導(dǎo)過程可參照光學(xué)教科書。圖1是單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)曲線，中心為主極強(qiáng)，相對(duì)強(qiáng)度為1，橫坐標(biāo)也經(jīng)過歸一化處理，為。圖1 單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)除主

2、極強(qiáng)為，次極強(qiáng)出現(xiàn)在的位置，他們是超越方程的根，其數(shù)值為：， (3)次極強(qiáng)的強(qiáng)度為：， (4)由式(4)可知，次極強(qiáng)的強(qiáng)度較主極強(qiáng)弱得多，如考慮到傾斜因素，其實(shí)際強(qiáng)度較式(4)所得的數(shù)值還要小些。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由光源、衍射板組、接收單元、計(jì)算機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換器、工作軟件組成。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用光電轉(zhuǎn)換器測(cè)量光強(qiáng)，用高精度的位移傳感器光柵尺測(cè)量位移，因而可定量的精確測(cè)出衍射光強(qiáng)的分布。全部數(shù)據(jù)采集和處理由計(jì)算機(jī)控制，所得測(cè)量結(jié)果可與理論公式對(duì)比。此系統(tǒng)還可用于測(cè)定其它光強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)。光源：氦氖激光器，波長(zhǎng)632.8nm，功率>1.5mw單縫：寬度連續(xù)可調(diào)0-2mm，精度0.01mm；高度14m

3、m衍射板組：四個(gè)多縫2、3、4、5，縫寬0.03mm，間隔0.06mm光學(xué)傳感器：硅光電池測(cè)量范圍：200mm測(cè)量精度：mm如圖2所示單色光通過衍射元件（單縫、雙縫、圓孔等）在x軸方向產(chǎn)生圖2 實(shí)驗(yàn)框圖衍射圖形。光電探測(cè)器在計(jì)算機(jī)控制下，可在x方向移動(dòng)，移動(dòng)范圍為20cm，每步步長(zhǎng)為0.005mm，在工作程序的控制下可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)觀測(cè)和一定范圍內(nèi)的測(cè)量。探測(cè)器前有狹縫，可調(diào)節(jié)入射光的寬窄，軟件充分考慮了狹縫尺寸對(duì)測(cè)量所帶來的影響。圖3 儀器擺放示意圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、了解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉衍射光強(qiáng)自動(dòng)記錄系統(tǒng)軟件操作；2、啟動(dòng)激光器、接收器和計(jì)算機(jī)，從下拉菜單的工作方式中選擇開始，從主工具欄中選擇掃描，系統(tǒng)

4、將檢索到起始位置后開始掃描（起始位置可在參數(shù)設(shè)置區(qū)設(shè)置）。3、定點(diǎn)測(cè)量：從工作方式中選擇“定點(diǎn)測(cè)量”，從主工具欄中選擇“定點(diǎn)”，執(zhí)行該命令。 工作設(shè)置： 間隔：設(shè)置每采集兩個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔（0.1s-5s）； 點(diǎn)數(shù)：設(shè)置顯示區(qū)中所顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)（10-500點(diǎn)）； 最大值：設(shè)置顯示區(qū)的最大值； 最小值：設(shè)置顯示區(qū)的最小值； 點(diǎn)信息：顯示當(dāng)前采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。 當(dāng)前位置：顯示/修改當(dāng)前的位置，點(diǎn)擊“改變”按鈕，在顯示的輸入框中輸入位置信息（0.00-200.00mm）后，會(huì)自動(dòng)檢索。4、調(diào)節(jié)狹縫：在工作方式中選擇“調(diào)節(jié)狹縫”，執(zhí)行該命令，觀察調(diào)節(jié)狹縫后的現(xiàn)象。5、讀取譜線的數(shù)據(jù)；讀取任意點(diǎn)的數(shù)據(jù)

5、；自動(dòng)檢峰；半自動(dòng)檢峰；6、轉(zhuǎn)換左邊；模擬顯示；數(shù)據(jù)模擬；實(shí)驗(yàn)二五 偏振光調(diào)制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解偏振光的基本物理概念及其特征；2、掌握偏振光調(diào)制的實(shí)驗(yàn)方法；3、結(jié)合書本知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作能力，熟悉運(yùn)用各種波片。實(shí)驗(yàn)原理1、偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)光在傳播過程中遇到介質(zhì)發(fā)生發(fā)射、折射、雙折射或通過二向色性物質(zhì)時(shí)，本來具有隨機(jī)性的光振動(dòng)狀態(tài)就會(huì)起變化，發(fā)生各種偏振現(xiàn)象。若光振動(dòng)局限在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，就形成平面偏振光，因而電矢量末端的軌跡成一直線，通稱線偏振光；若只是有較多的電矢量取向于某固定方向，稱作部分偏振光。再者，如果一種偏振光的電矢量隨時(shí)間作有規(guī)律的變動(dòng)，它的末端在垂直于傳播方向的平面上

6、的軌跡呈橢圓或圓形，這種偏振光就是橢圓偏振光或圓偏振光。一般情況下，人的眼睛不能直接檢查偏振光，但可用以個(gè)偏振器面對(duì)偏振光進(jìn)行檢查，這個(gè)偏振器就成為檢偏器。2、布儒斯特角當(dāng)光從折射率為的介質(zhì)（如空氣）入射到折射率為的介質(zhì)（如玻璃）交界面，而入射角又滿足時(shí)，反射光即成完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面。稱布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。3、馬呂斯定律如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面e表示）投射在起偏器p上，只有相對(duì)于它的成份之一的ey（平行于光軸方向的矢量）能夠通過，另一成份ex(=)則被吸收。與此類似，若投射在檢偏器a上的線偏振光的振幅為e0，則透過a的振幅為（這里是p與偏振方向之間的夾角）。由

7、于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，可知透射光強(qiáng)隨而變化的關(guān)系為，這就是馬呂斯定律。、波片若使線偏振光垂直入射一透光面平行于光軸，厚度為d的晶片，此光因晶片的各向異性而分裂成遵從折射定律的尋常光（o光）和不遵從折射定律的非常光（e光）。因o光和e光在晶體中這兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)方向有不同的光速，分別稱作快軸和慢軸。設(shè)入射光振幅為a，振動(dòng)方向與光軸夾角為，入射晶面后o光和e光振幅分別為和，出射后相位差 式中是光在真空中的波長(zhǎng)，和分別是o光和e光的折射率。這種能使相互垂直振動(dòng)的平面偏振光產(chǎn)生一定相位差的晶片就叫做波片。5、橢圓偏振光和圓偏振光如果以平行于波片光軸方向?yàn)閤坐標(biāo)，垂直于光軸方向?yàn)閥坐標(biāo)，出射的o光

8、和e光可用兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程式表示： 該兩式的合振動(dòng)方程式可寫為 一般來說，這好似一個(gè)橢圓方程，代表橢圓偏振光。但是當(dāng) (k=1、2、3) 或 (k=1、2、3) 時(shí)，合振動(dòng)變成振動(dòng)方向不同的線偏振光。后一種情況，晶片厚度可使o光和e光產(chǎn)生的光程差，這種的晶片稱作半波片，而當(dāng) (k=1、2、3) 時(shí)，合振動(dòng)方程化為正橢圓方程待添加的隱藏文字內(nèi)容2 這時(shí)晶片厚度，稱作1/4波片。它能使線偏振光改變偏振態(tài)，變成橢圓偏振光。但是當(dāng)入射光振動(dòng)面與波片光軸夾角時(shí)，合振動(dòng)方程可寫成 即獲得圓偏振光。實(shí)驗(yàn)裝置主要實(shí)驗(yàn)器件：he-ne激光器（帶布儒斯特窗）；格蘭-泰勒棱鏡；電動(dòng)旋轉(zhuǎn)架；波片和支架；光電探測(cè)器。實(shí)

9、驗(yàn)系統(tǒng)示意圖如下：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、布儒斯特角用于起偏振he-ne激光管因光學(xué)共振腔內(nèi)的布儒斯特窗起偏振，偏振光方向沿光軸方向通過布儒斯特窗口時(shí)不發(fā)生菲涅耳反射；偏振方向垂直于入射面的光絕大部分發(fā)生菲涅耳反射，極少通過窗口，所以這種激光管輸出的是偏振方向平行于入射面的線偏振光。可用格蘭-泰勒棱鏡檢偏器予以驗(yàn)證。2、馬呂斯定律線偏振光照射在檢偏器上，繪出通過檢偏器之后光束強(qiáng)度與關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線驗(yàn)證該定律。3、半波片的作用在由布儒斯特窗和偏振棱鏡聯(lián)合作用組成的起偏器d和檢偏器a之間加入半波片h，并使其繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察屏幕上發(fā)生消光現(xiàn)象的次數(shù)；然后使起偏器的偏振面與檢偏器的光軸正交，加入半波片后，

10、將它轉(zhuǎn)到消光位置，再分別轉(zhuǎn)動(dòng)、和，相應(yīng)記錄每次將a逐次轉(zhuǎn)到消光位置所需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析半波片的作用。4、1/4波片與橢圓偏振光、圓偏振光先使線偏振光的偏振面p與檢偏器a的光軸正交（這時(shí)通過a的光強(qiáng)顯示最?。?，然后在兩個(gè)偏振棱鏡之間加入1/4波片q，并轉(zhuǎn)動(dòng)q，直到通過a的光強(qiáng)恢復(fù)到最小。從此位置每當(dāng)q轉(zhuǎn)動(dòng)、和時(shí)，都將a轉(zhuǎn)動(dòng)，從顯示情況分析光波通過1/4波片后的偏振態(tài)。實(shí)驗(yàn)步驟和要求1、接通電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和軟件；2、線偏振光照射檢偏器，驗(yàn)證馬呂斯定律；3、在起偏器d和檢偏器a中間加入半波片，并將半波片繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，觀察消光現(xiàn)象；d和a正交并使半波片處于消光位置，轉(zhuǎn)動(dòng)、和，記錄數(shù)據(jù)，分析半波