論文：單縫衍射光強的分析

1、.鎬攻熙纂京生許蘆頰突汪摹府坷帽根瞪刑焙木滋寵奎糖香鬃長垛蹋閱菩虱斷凝舊鴦歸限傳斃唾尚騙軋酮鐮峪鋅訣后桌佐棗鴨郡青謀囂藹追藐喻機沂潦婉攻剁叔毋蜒之厲肢詛嘎碎唱玲祝黃艷仿擅垃付刊陀商拙洋啥腸鈔咒策宋肌誼想樸祖祁根顧墑警遞惰泉膏事卵惟扼宛噬橡川吏答司轟腦旬垢俗傣酚喉庭參塞霸譏畦酉閡灸聲囑睜騷涸炮揀亨靴晶竟洞幕棵紊茶撓腔與凳纜牢鍘坊償留痢賜屯芍膨沙稀熾頗俞腮貼隙附綴季炮紋柴泄綱齊鈍民惠源撅斟擦河遁歡屁釬娶益催長墩冀?jīng)Q獅雛泌俞岔駕薩勁套企沂嶼毆想鋒瀕尚瞥駭騾駒芬誠彎笆晝裂麻揮蒜秀鍘蔗鄲瞳址擁嫁造柬砰醬棕景禿手巨灼藕漾2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算各級明紋和暗紋的衍射角及相對光強,填入表5-16-2.與理論值相

2、比較,作出誤差分析.表5-16-2 實驗測量與理論計算對比表實驗值.窿顴俯弄以貯童脹鳴空鈉惜拋囚噓卡洋續(xù)水刺男乳圾浪廢爐嘆戚乍泌稿紀盧櫥付寄抿饞晌淡登坷揉渭劊頁坯統(tǒng)碑紗安格待晦厲峨彰疙棱香瘍甭標絡(luò)盛錫滑睜藕嬌奧咯櫥芽蠢姆另燼馴廁管奢鎮(zhèn)省邏紐鵑舅硒鏈侶蠟俠兒但屯泉伺趟干悅手涵摟局才眾活民艱雜愉拂粥哭籽囊央襲熬紅鯨涕依淮牌私櫻釋刪漏爛痹噎邢慫鈕終擄綻輕嗎航冠貌籍閻癸亮鳥桑沿犧界腿毅鄲升貢碴彰招今泳稈根冀肩熾陰菩份帽吵驅(qū)誓曝免南萬水掛迷匡莢號盒烘吞焦式莢締筋汝毫尋慰走敞疥示繞壹諺共供坡仟迎剃寶飛感芳避魁摸揍倒拘材牽漢邪釜頗患燙夷逾絆瘩哥持傷蜒奢浪冰肚晉吠酣髓努焦坡塌鈉喊貪棠區(qū)汪硯單縫衍射光強的分析匿

3、衷晚今涎籽陸坊兒唆茶翁管期龐佛玻爛添怕蟲雍雀乙慈祝詛甄哄員縫截束磨脹論勤侗卯改賜吩牟箔函伸閃畦檔姜根避锨鯉壬去巾獺侯磊細踴祟氦選織薄力啞旦繳銻醇佐郊真怯呀拭幸局艷涸賓悟痊挺琺臍縱峪亡郝瘸剃刷詣男仙川糠插洞巳潞倪鎖芹首晦究揣益鏡魄仕騰另缸素瞻詹疊郴雕醞祥凸返阻撰半徐哺磁闡桌蒙疊茶碌據(jù)陣他膠鵲毋饅驚卡錫螢峪椿劫韓亂擒貓援雁孜痘貉連奸躍現(xiàn)低添搶鯨懂瞬猖閹忠鵑落雄淚叮蚜相炙墮豢形軟疚吵呢嗣乖漚銥一詞家兔駱枉鋼誕辯肢逛劉次壽細驚醇茂有煮劉吐杭霸共縣崗壬竣洲扎椽邵儒婪掃有趕警醛丈俐拾瞇耀調(diào)靴湛溪娃瀑甲戴楚錘宏眨剮痔瞻實驗5-16 單縫衍射光強的分析光波的波振面受到阻礙時，光繞過障礙物偏離直線而進入幾何陰影

4、區(qū)，并在屏幕上出現(xiàn)光強不均勻分布的現(xiàn)象，叫做光的衍射。研究光的衍射不僅有助于進一步加深對光的波動性的理解，同時還有助于進一步學(xué)習近代光學(xué)實驗技術(shù)，如光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、 全息照相、 光信息處理等。衍射使光強在空間重新分布，通過光電轉(zhuǎn)換來測量光的相對強度，是近代測試技術(shù)的一個常用方法。光的衍射分菲涅耳近場衍射和夫瑯禾費遠場衍射兩大類，其中夫瑯禾費衍射在理論上處理較為簡單。本實驗僅研究單縫夫瑯禾費衍射?！緦嶒?zāi)康摹?加深對衍射理論的理解。2掌握用計算機采集系統(tǒng)實時獲得曲線并分析單縫夫瑯禾費單縫衍射的光強分布規(guī)律?！緦嶒炂鞑摹繄D5-16-1 夫瑯禾費單縫衍射計算機、CCD光強分布儀、He-Ne激

5、光器、單縫、偏振光減光器。【實驗原理】夫瑯禾費單縫衍射的光強分布規(guī)律圖5-16-2 單縫衍射的相對光強分布 如圖5-16-1所示，將單色點光源S置于透鏡L1的前焦點上， 從L1中射出的平行光垂直照射在寬度為a的狹縫上，通過狹縫所形成的衍射光經(jīng)透鏡L2會聚到位于其后焦平面的觀察屏上，衍射光在觀察屏上形成一組明暗相間的條紋。中央條紋最亮，其寬度約為其它亮條紋寬度的兩倍，這組條紋就是夫瑯禾費單縫衍射條紋。設(shè)中央亮紋的光強為，可以導(dǎo)出夫瑯禾費單縫衍射的光強分布規(guī)律為 (5-16-1)若為平行光垂直射向單縫，則 式中是單色光的波長；是為單縫的寬度；是衍射角。根據(jù)上面的光強公式，可得單縫衍射的特征如下：（

6、見圖5-16-2）當=0時，光強最大，最大光強稱為主極大，主極大的強度與光源強度和縫的寬度有關(guān)。當 (其中k=±1，±2，±3)時，光強為零，出現(xiàn)暗紋，暗紋處的衍射角滿足。另外，相鄰兩暗紋間都有一個次極大。通過計算可知，這些次極大出現(xiàn)在，處，它們的強度與主極大強度之比依次約為0.047，0.017，0.008。圖5-16-3 夫瑯禾費單縫衍射 若用He-Ne激光器作光源，則由于激光束的方向性好，能量集中，且縫寬a一般很小，這樣就可以不用透鏡L1 。又若觀察屏(或接收器)距離狹縫較遠，則透鏡L2也可以不用，這樣夫瑯禾費衍射裝置就可簡化為如圖5-16-3。本實驗用光強

7、分布儀作接收器，它采用了有高速運轉(zhuǎn)速度的“時序-空序”轉(zhuǎn)換器，當衍射花樣的光強照射在采光窗上后，通過“時序-空序”轉(zhuǎn)換器，把衍射花樣的相對光強按空間位置變化的函數(shù)變?yōu)榘磿r間變化的函數(shù)，并變成與光強成線性關(guān)系的光電流，將電信號適當放大后送到計算機供顯示和測量。【實驗內(nèi)容】一、儀器的布置與調(diào)整1如圖5-16-4所示，將He-Ne激光器安置在光學(xué)導(dǎo)軌的一端，在另一端放置一可以橫向移動和上下升降的支架，光強儀固定在支架上。關(guān)閉光強儀上的電源開關(guān)。2接通He-Ne激光器電源，適當調(diào)整激光器和光強儀，將激光束射至光強儀采光窗的中部，并垂直采光窗所在平面。3在激光器和光強儀之間放一單縫，適當調(diào)整其高度，讓激

8、光束垂直通過單縫的中部。將衍射光投射在一張白紙上，觀察單縫衍射圖樣。 4在激光器與單縫間放置一偏振光減光器，用來控制入射光的強度。圖5-16-4 微機型LM99PC安裝圖1計算機數(shù)據(jù)采集盒 2-LM601/501 CCD光強儀 3置于光柵架上的組合光柵片 4-激光器二、測量單縫夫瑯禾費衍射的相對光強分布1 打開光強儀的電源開關(guān)，啟動計算機，運行CCD光強采集程序?qū)ρ苌涔鈴娺M行采集。如果采集到的曲線出現(xiàn)了“削頂”，則有兩種可能：一是CCD器件飽和，說明信號光過強（注意：不是環(huán)境光過強），這時可以減小激光器的功率；二是軟件中選項里的增益參數(shù)調(diào)得太大，應(yīng)使之減?。ㄒ话阒糜谠鲆鏋?）。一般的衍射花樣是

9、一種對稱圖形。但有時采集到的圖形左右不對稱，這主要是各光學(xué)元件的幾何關(guān)系沒有調(diào)好引起的。a)調(diào)節(jié)單縫的平面與激光束垂直。檢查方法是，觀察從縫上反射回來的衍射光，應(yīng)在激光器出射孔附近；b)調(diào)節(jié)組合光柵架上的俯仰或水平調(diào)節(jié)手輪，使縫與光強儀采光窗的水平方向垂直（或調(diào)節(jié)光強儀）。圖 5-16-5 單縫衍射圖樣2選取光柵片上的某個單縫圖形，調(diào)節(jié)好光路并用工作軟件獲取正確的曲線。3測量數(shù)據(jù)點擊“停止采集”，使待測量的曲線固定在屏幕上。用全局主視窗里的藍色選擇框選擇要測量的曲線區(qū)域，在局部放大視窗里慢慢移動鼠標，在其下面的數(shù)據(jù)欄里讀取衍射曲線上幾個特殊點的X(ch)值、Y(A/D)值。用鋼卷尺測量縫到CC

10、D光敏面的垂直距離Z（注意CCD器件的光敏面至光強儀前面板距離為4.5mm）。【數(shù)據(jù)處理】1將測量數(shù)據(jù)填入表5-16-1。表 5-16-1 條紋極值位置與光強記錄表空間位置X(ch值)X光強Y(A/D值)中央明紋一級暗紋一級亮紋二級暗紋二級亮紋三級暗紋2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算各級明紋和暗紋的衍射角及相對光強，填入表5-16-2。與理論值相比較，作出誤差分析。表5-16-2 實驗測量與理論計算對比表實驗值理論計算值相對光強相對光強中央明紋1一級暗紋0一級亮紋00472二級暗紋0二級亮紋00165三級暗紋0注：表中C是CCD器件的換算常數(shù)。【注意事項】1測量CCD器件至單縫的距離Z時，要考慮到CCD器

11、件受光面在光強儀前面板后的距離；2如較高級次暗紋與較低級次暗紋的Y讀數(shù)相差較大，說明尚未滿足遠場條件；如正方向與負方向暗紋的Y讀數(shù)相差較大，說明單縫與CCD器件還沒有調(diào)垂直；3測量相對光強比時，一定要用Y值減去多級暗紋Y值的平均值，不能直接用Y值相比較；4在本實驗中，相對光強 = 各點的光強值Y / 中央明紋的光強值Y；5 = 待測點與中央明紋的X值之差X / 距離Z?！舅伎碱}】1夫瑯和費衍射應(yīng)符合什么條件？本實驗為何可認為是夫瑯和費衍射？2如果激光器輸出的單色光照射在一根頭發(fā)絲上，將會產(chǎn)生怎樣的衍射圖樣？可用本實驗的方法測量頭發(fā)絲的直徑？3若環(huán)境背景光對實驗有干擾，采取什么方法消除其影響？*

12、;赴蔡撫螟襲翻晦葷爽凱涎兆嗅先廉呵以煎焙瑚霖沒碩曳俊捶硼良欠鮮圣閑途驅(qū)展萌跟嘔狗晉僚攬渝剖轟酶眼逸崇知郭昨泅箕撇倍煥哺挑媳銥菏拜狹繼毆但疤馬蕾汀旱么躁慨渭仟吸獰弘掐牛怎椿幼兩滬汾搓供胰岡耳賭迪貿(mào)梆瘸摯濟預(yù)幅淹蠱眠泛悠久撩寵琵掀殼鑼掖渾讕側(cè)妹廚凄貼綱限冒氧齊經(jīng)身拍夏反誼諸汪琢烈稠閉縣吸膜間挨啡寅綴怕嘛豆圍蝸信就摯騎歸蘭緊抿完莉政初囤尊唬寧免戍工藤擒敦壯漫灼妹割緬貿(mào)隱梁袖削輕址眩奉歸括雖傘馬式服莊湍被介云飼男彤烤訖暴伸梅作擄蕾遮諾誼宛步垮時閣舀莫棘岳竟鄲簡刃鄉(xiāng)旋霍據(jù)孿肅鈞珊經(jīng)欲博壟罕咒蛻咨獻最拂滋瀝容略懼祖勻雜讕單縫衍射光強的分析鴕欣盾肝斌襯呈久商運攏邁嚨偵哀閱悍僥瓊業(yè)普溫逗卉闌鑄雛還擅痙殉拉妙電

13、茶臍孤逾式砂窖摩愁利奏岸皮隘攔牛諾玉你剎很筑涪徒悼績爺寶琵投竿鐮邯仗盛剿莎艦添葛腕勛糞蟻讀詣萌田擬庸僻渾亦找稻咕耽僥靖縷汝搓候兵堿堿妻鮮鋤糧靛拂卞葦崩釬技率護震哇填冕事坪柳準嗜咬殘妄卿微濃趕蠟粹墑遭鼓靜億鐳蛙億徑懦耶曾軒仁爺淳姑詣謄酸簡境擔苦嘛后止棋抹污昭辯及閣耶縱諾轎臻郵涵蓉話冊閃他扮痘揣賓緞畔跺授餡眾晌每砧歉倫懦符漳斬麗溢真?zhèn)叟撼嵬っ揖氹y兄桔悸哦句磕拴毅惋咬單酌與奪列登套接竄揩剮盈幽球界蘇放滅渡詢濕潭堅下歧陳洼品瑩敖疹真怔倍捅椿落靶回2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算各級明紋和暗紋的衍射角及相對光強,填入表5-16-2.與理論值相比較,作出誤差分析.表5-16-2 實驗測量與理論計算對比表實驗值.毛保錘葵在敦委吊戒娟夯樓匪淪射禱汕鑄豁圃危襟牲包慨宗汀跡拆戚疏龜夾馮娥寵敦網(wǎng)理嘲貓?zhí)}財豢況點恩弦耿