光強分布的測量

1、光強分布的測雖實驗一、實驗?zāi)康? .觀察單縫衍射現(xiàn)象，加深對衍射理論的理解。2 .會用光電元件測量單縫衍射的相對光強分布，掌握其分布規(guī)律。3 .學會用衍射法測量微小量。4.驗證馬呂斯定律。二、實驗原理sin = K b式中，b為狹縫的寬度，為單色光的波長，當P =0時，光強最大，稱為主極大，主極大的強度決定于光強的強度和縫的寬度。當E =k兀，即:（K =1, 2,土3,一）時，出現(xiàn)暗條紋。除了主極大之外，兩相鄰暗紋之間都有一個次極大，由數(shù)學計算可得出現(xiàn)這些次極大的與狹縫E垂直的衍射光束會聚于屏上P0處 ?是 中央明紋的中心，光強最大，設(shè)為I。，與光軸方向成中角的衍射光束會聚于屏上PA處，PA

2、的光強由計算可得:I_|sin2:A 0: 2-：bsin圖1夫瑯禾費單縫衍射光路圖位置在p=土1.43兀，2.46兀，3.47兀，這些次極大的相對光強I/Io依次為0.047,0.017, 0.008, - 冗 | 冗| 冗冗 |2|冗&|冗 冗1.43冗2.46冗圖2夫瑯禾費衍射的光強分布夫瑯禾費衍射的光強分布如圖2所示。e-Ne圖3夫瑯禾費單縫衍射的簡化裝置用氮氧激光器作光源，則由于激光束的方向性好，能量集中，且縫的寬度b一般很小，這樣就可以不用透鏡Li,若觀察屏（接受器）距離狹縫也較遠（即D遠大于b）則透鏡L2也可以不用，這樣夫瑯禾費單縫衍射裝置就簡化為圖3,這時，sin *

3、tan = x / D由上二式可得b = KD/x三、實驗裝置激光器座、半導體激光器、導軌、二維調(diào)節(jié)架、一維光強測試裝置、分劃板、可調(diào)狹縫、平行光管、起偏檢偏裝置、光電探頭、小孔屏、數(shù)字式檢流計、專用測量線等。圖4衍射、干涉等一維光強分布的測試四、實驗步驟1.接上電源（要求交流穩(wěn)壓220V土11V，頻率50HZ輸出），開機預(yù)熱15分鐘；2.量程選擇開關(guān)置于“1”檔，衰減旋鈕順時針置底， 調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使數(shù)據(jù)顯示為.000;（一）單縫衍射一維光強分布的測試1、 按圖4搭好實驗裝置。此前應(yīng)將激光管裝入儀器的激光器座上，并接好電源；2、 打開激光器，用小孔屏調(diào)整光路，使出射的激光束與導軌平行；3、

4、打開檢流計電源，預(yù)熱及調(diào)零，并將測量線連接其輸入孔與光電探頭；4、 調(diào)節(jié)二維調(diào)節(jié)架，選擇所需要的單縫、雙縫、可調(diào)狹縫等，對準激光束中心，使之在小 孔屏上形成良好的衍射光斑；5、 移去小孔屏，調(diào)整一維光強測量裝置，使光電探頭中心與激光束高低一致，移動方向與 激光束垂直，起始位置適當；6、 開始測量，轉(zhuǎn)動手輪，使光電探頭沿衍射圖樣展開方向（x軸）單向平移，以等間隔的位移（0.5mm）對衍射圖樣的光強進行逐點測量，記錄位置坐標x和對應(yīng)的檢流計（置適當量程）所指示的光電流值讀數(shù)I,要特別注意衍射光強的極大值和極小值所對應(yīng)的坐標的測量；7、 測量單縫到光電池的距離D,測取相應(yīng)移動座間的距離即可；8 8、

5、 繪制衍射光的相對強度I/I0與位置坐標x的關(guān)系曲線。（二）偏振光現(xiàn)象的觀察與測試1、 按圖4搭好實驗裝置；2、 同（一），打開激光電源，調(diào)好光路，使在平行光管后的小孔屏上可見一較均勻圓光斑;3、同（一），打開檢流計，預(yù)熱及調(diào)零；激光器單縫4、旋去光電探頭前的遮光筒，把探頭旋接在起檢偏裝置上，然后連好測量線；5、將起偏檢偏器置于平行光管后并緊帖平行光管，使光斑完全入射起檢偏器；6、轉(zhuǎn)動刻度手輪（連起偏器），在檢流計上觀察光強變化，以驗證馬呂斯定律。7、 置起偏器讀數(shù)鼓輪于“0”位置，開始測量。轉(zhuǎn)動分度盤（連檢偏器）5,從檢流計（置適當量程）上讀取一個數(shù)值，逐點記錄下來，測量一周。五、數(shù)據(jù)記錄及

6、數(shù)據(jù)處理1.單縫衍射記錄（從K = -3測到K = 3,要特別注意衍射光強的極大值和極小值所對應(yīng)的坐標的測量）I =上二0.004mmx(mm)II/I0 x(mm)Ix(mm)II/I0（1） 選取中央最大光強處為坐標原點，把測得的數(shù)據(jù)作 歸一化 處理：即把在不同位置上測 得的檢流計光強讀數(shù)I除以中央最大的光強讀數(shù) |0,然后在毫米方格（坐標）紙上 做出L-x衍射相對光強分布曲線。（2）根據(jù)分布曲線測量出各級最暗處距離明紋中心的距離xK，利用公式b = K人D/x計算不同級次下的bK,然后求b。2.偏振光強記錄e（度）Icos20I /I作_L- cos圖，若為直線則驗證了馬呂斯定律10六、

7、思考題1.縫寬的變化對衍射條紋有什么影響？提示：從b= K7Q/x可以看出，b變大，對于同一級次而言，x要變小，也就是說亮條紋變窄；從sin。=KMb可以看出，b變大，對于同一級次而言，0 要變小，也就是說亮條紋要向中心收縮。2.硅光電池前的狹縫光闌的寬度對實驗結(jié)果有什么影響？提示：本實驗要求精確測量各點的光強，所以 硅光電池前的狹縫光闌的寬度越小越好。縫太大，測量的將是一定寬度的平均光強，會丟失暗條紋的位置，因而會導致測量誤差。3.若在單縫到觀察屏的空間區(qū)域內(nèi)，充滿著折射率為n的某種透明媒質(zhì)，此時單縫衍射圖樣與不充媒質(zhì)時有何區(qū)別？提示：如果充滿著折射率為n的某種透明媒質(zhì)，則出現(xiàn)暗條紋的公式可寫為sin巾=nKA/b ,顯然，對于同一級次，巾要變大，也就是說亮條紋變寬，可見條紋級數(shù)變少。4.用白光光源做光源觀察單縫的夫瑯禾費衍射，衍射圖樣將如何？提示：將是一列彩色條紋。5.夫瑯和費衍射應(yīng)符合什么條件？提示：夫瑯和費衍射為遠場衍射，要實現(xiàn)夫瑯禾費衍射，必須保證光源至單縫的距離和單縫到衍射屏的距離均為無限遠（或相當于無限遠），即要求照射到單縫上的入射光、衍射光都為平行光，屏應(yīng)放到相當遠處。6.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)生怎樣的衍射花樣？可用本實驗的哪種方法測量頭發(fā)絲的直徑？提示：根據(jù)巴比涅原理，一個細絲的