光衍射相對光強分布的測量

1、.:光衍射相對光強分布的測量:.圖一 光衍射相對光強分布的測量實驗裝置全圖來源 上海交通大學 物理實驗中心光的衍射現(xiàn)象是光的波動性的一種表現(xiàn)，它說明了光的直線傳播規(guī)律只是衍射現(xiàn)象不顯著時的近似結果。衍射現(xiàn)象的存在，深刻地反映了光子（或電子等其他微觀粒子）的運動是受測不準關系制約的。因此研究光的衍射，不僅有助于加深對光的本性的理解，也是近代光學技術（如光譜分析、晶體分析、全息分析、光學信息處理等）的實驗基礎。衍射實驗導致了光強在空間的重新分布，利用光電傳感元件測量和探測光強的相對變化，是近代技術中常用的光強測量方法之一。.:實驗預習:.實驗目的1掌握在光學平臺上組裝、調整光的衍射實驗光路；2觀察

2、不同衍射元件產生的衍射，歸納總結單縫衍射現(xiàn)象的規(guī)律和特點；3學習利用光電元件測量相對光強的實驗方法，研究單縫和雙峰衍射中相對光強的分布規(guī)律；4學習微機自動控制測衍射光強分布譜和相關參數(shù)。實驗原理1衍射光強分布譜衍射現(xiàn)象分兩大類：夫瑯和費衍射(遠場)和菲涅耳衍射(近場)。本實驗僅研究夫瑯和費衍射。夫瑯和費衍射要求光源和接受衍射圖像的屏幕遠離衍射物(如單縫等)，即入射光和衍射光都是平行光。夫瑯和費衍射光路見圖1，其中，S是波長為 l 的單色光源，置于透鏡L1的焦平面上時，單色光經(jīng)L1后形成平行光束投射到縫寬為a的單縫上，通過狹縫后的衍射光經(jīng)透鏡L2會聚在其后焦平面處的屏P上，屏上將呈現(xiàn)出亮暗相間按

3、一定規(guī)律分布的衍射圖樣。由惠更斯菲涅耳原理可知，單縫衍射的光強分布公式為,（1）式中：a為單縫的寬度，I0為入射光光強，j 為衍射光與光軸的夾角衍射角。在衍射角j時，觀察點的光強Ij值與光波波長l 和單縫寬度a相關。sin (u) / u2常稱為單縫衍射因子，表征衍射光場內任一點相對光e強（Ij / I0）的大小。若以sinj 為橫坐標，（Ij / I0）為縱坐標，可得到單縫衍射光強的分布譜（如圖2所示）。當j = 0時，I j = I 0（2）這是平行于光軸的光線會聚處中央亮條紋中心點的光強，是衍射圖像中光強的極大值，稱為中央主極大。當asinj = kl ， k = ±1，

4、77;2，±3，（3）則u = k, Ij = 0, 即為暗條紋。與此衍射角對應的位置為暗條紋的中心。實際上j 角很小，因此上式可改寫成（4）由圖1也可看出，k級暗條紋對應的衍射角 （5)故 （6）由以上討論可知（1）中央亮條紋的寬度被k = ±1的兩暗條紋的衍射角所確定，即中央亮條紋的角寬度為 。（2）衍射角j 與縫寬a成反比，縫加寬時，衍射角減小，各級條紋向中央收縮；當縫寬a足夠大時（a>>l）。衍射現(xiàn)象就不顯著，以致可略去不計，從而可將光看成是沿直線傳播的。（3）對應任意兩相鄰暗條紋，其衍射光線的夾角為，即暗條紋是以點P0為中心、等間隔、左右對稱地分布的。

5、（4）位于兩相鄰暗條紋之間的是各級亮條紋，它們的寬度是中央亮條紋寬度的1/ 2。這些亮條紋的光強最大值稱為次極大。用衍射角表示這些次極大的位置分別為(7)與它們相應的相對光強度分別為 (8)實驗內容1、   用讀數(shù)顯微鏡讀取狹縫的寬度。讀取三組數(shù)據(jù)：初刻度(mm)末刻度(mm)狹縫寬度(mm)狹縫寬度取平均值為：    在使用讀數(shù)顯微鏡時注意消除空程誤差，因此在測量時，不要反復來回移動鼓輪，應該在靠近狹縫的一邊時緩慢移動，同一組始末刻度的讀取，鼓輪應該沿一個方向。2、   單縫衍射亮暗條紋位置及強度。次極強和主極強的條紋的位

6、置及強度見打印的圖表由上角。下表是暗條紋的位置及強度K（級數(shù)）位置(mm)相對強度平均相對強度：理論上來說暗條紋的強度為0，而我們看到實際上不是，還有一些雜散光。因此要測量暗條紋，在計算次級強與主級強的強度比時減去這個本底值，而且中央亮條紋的寬度被k = ±1的兩暗條紋的衍射角所確定，即中央亮條紋的角寬度為 。根據(jù)此公式我們能只要求出便可求出狹縫寬度。3、計算狹縫寬度并與讀數(shù)顯微鏡讀出的狹縫寬度進行比較；4、計算次極強與主極強的強度比；注意事項1實驗操作前，請仔細閱讀實驗室提供的微機使用方法參考資料，嚴格按照規(guī)范要求，依次逐步進行操作。.:實驗儀器:.圖1光衍射光強記錄儀來源 上海交通大學 物理實驗中心（a）圖2光衍射相對光強計算機自動測試系統(tǒng)，兩種光路配置來源 上海交通大學 物理實驗中心 QJHP-26型He-Ne激光器圖3  QJHP-26型He-Ne激光器來源 上海交通大學物理實驗中心光學可調磁性座、多縫板、平面反射鏡圖4  光學可