組合式光學實驗

1、組合式光學實驗DHSO-1A組合式綜合光學實驗裝置（使用說明書）請勿帶走實驗講義杭州大華科教儀器研究所杭州大華儀器制造有限公司基礎綜合光學光學是一門古老的學科，在人們探索光的本質的過程中，光學得到不斷的發(fā)展。 光學的發(fā)展大體上可劃分為幾何光學、波動光學和量子光學三個階段。1801年， 托馬斯2楊的雙縫干涉實驗獲得了光具有波動性的有力證據(jù)，從此光學由幾何光 學時代進入到波動光學時代，1864年麥克斯韋建立了光的電磁理論，電、磁、 光實現(xiàn)了大統(tǒng)一。1905年愛因斯坦提出光子假設，很好地解釋了光電效應現(xiàn)象， 從此光學進入到量子光學時代。1960年第一臺激光器在美國誕生，從此光學進 入到飛速發(fā)展的時代

2、。激光測量，激光制導，非線性光學，全息光學，光信息處 理，光計算機等與“光”相聯(lián)系的學科不斷涌現(xiàn)，光學繼電子學之后成為又一個 最引人矚目的科學分支?！绢A備問題】衍射現(xiàn)象出現(xiàn)的必要條件是什么？簡要描述產生衍射的物理機制。2.單 縫衍射縫寬改變時（增加或減?。苌浠尤绾巫兓?？3.雙縫和多縫衍射的特點與單縫有何不同，導致衍射花樣發(fā)生變化的機理是 什么？ 4.光柵常數(shù)如何確定？它與光譜儀器色分辨率有何關系？ 5.在本實 驗中測量圓孔衍射的光強分布要注意那些問題？ 6.光波是橫波還是縱波？由 什么實驗來確定？7.起偏器和檢偏器的初始夾角，對本實驗的測量結果有影響嗎？ 8.平面偏 振光通過入/2波片時

3、會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 9.如何用波片產生圓偏振光和橢圓偏 振光？ 10.透鏡焦距如何測量？測量方法有哪些？【引言】波動是自然界中非常普遍的一類運動形式，在力、熱、電、光各個領域無處不 在。盡管各種波動的具體形態(tài)各異，其間卻有著驚人的相似性。無論從基本概念、 基本原理、還是從數(shù)學語言或計算方法等各方面都十分相似。衍射和干涉都是波動特有的現(xiàn)象，水波、聲波和各種波長的電磁波在一定的條 件下都會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。通常干涉是指兩束波或多束波的疊加，從而在空間形成 波的不同強度的分布。衍射是將每束波的波前分成若干個級次子波源，這些子波 源發(fā)出的波在空間疊加，從而會形成波強度的空間分布圖樣。一般說來光波是波長在30

4、0800nm范圍的電磁波，干涉和衍射說明了光的波 動性，而光的偏振現(xiàn)象確立了光的橫波性質。光的橫波性僅表明了電矢量與光的 傳播方向垂直，在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量還可以有不同的偏振態(tài)， 最常見的偏振態(tài)大體可分為五種：自然光、線偏振光、部分線偏振光、圓偏振光 和橢圓偏振光。1光波的特點較集中的反映在研究和應用它的實驗裝置和儀器上。本實驗設置了幾個基礎內容：單縫衍射，雙縫衍射，圓孔衍射，光柵以及光的 偏振等，以期實驗者在實驗之后對光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象及其規(guī)律和測量方 法有所了解；并設置了若十個擴展內容，學生可以根據(jù)現(xiàn)有儀器和各種附件，自 己設計和組裝測量儀器完成擴展內容，還可以利用給出

5、的儀器和附件選做一些自 主探索和研究性的光學實驗，豐富自己的實踐經驗，提高科學思維能力和實驗的 動手能力。衍射系統(tǒng)主要由光源、衍射屏和接收屏構成，一般用它們相互之間距離的遠近 將衍射分為兩類：一類是衍射屏距光源和接收屏均為有限遠，稱為菲涅耳衍射； 另一類是衍射屏距光源和接收屏均為無限遠或者相當于無限遠，被稱之為夫瑯和 費衍射。這里研究的是夫瑯和費衍射實驗?！緝x器設備】DHYH-2多功能物理測試系統(tǒng)一臺；半導體激光器（650nm）和激光器電源一套； 光電傳感器一只；1米導軌一根；光具座4個；單縫衍射屏一個；可調單縫（帶 游標卡尺）；雙縫衍射屏一個；圓孔衍射屏一個；光柵衍射屏一個；接收屏一個； 起

6、偏器一個；檢偏器一個；1/4波片和1/2波片各一個；二維半自動掃描平臺一 個；不同焦距的透鏡若干；小點光源一個；成像物體一個；專用數(shù)據(jù)傳輸連接線 若干；卷尺一個；元件箱一個；綜合光學系列實驗的虛擬儀器軟件一套和微機一 臺。2組合式綜合光學實驗儀實驗1單縫衍射實驗的觀測和研究【實驗目的】觀測單縫衍射現(xiàn)象，研究激光通過單縫形成的衍射圖樣的光強分布和規(guī)律?！緦嶒炘怼坑蒙⑸浣菢O小準直性很好的激光做光源，照在一個寬度可調的豎直單縫上，在 離狹縫較遠的距離放置一接收屏，改變縫寬可以在屏上觀察到一組衍射圖樣，從 （a）到（d）對應狹縫的寬度由大到小收縮變化，中心亮條紋由小到大向左右兩 側水平展開，同時出現(xiàn)

7、一系列明暗相間的結構，（如圖1.1.所示），它實際上 就是夫瑯和費衍射條紋。圖1.1不同寬度單縫的衍射圖樣當光通過一狹縫時會產生衍射光，衍射圖樣中的極小值對應的角度由下式給 出：asin?m?（m?1,2,3,.）（1.1）圖1.2實驗觀察到的單縫衍射的光強分布圖這里a表示縫寬，。表示圖樣中心到第m級極小間的夾角，入表示光的波長， m表示級次見圖1.2所示。通常因為衍射角度較小，可以假設：sin?tan?，根 據(jù)三角關系有：3tan?a?m?DyyDtan?a?m?DyyD（1.2）（m?1,2,3,. ）（1.3）這里a為狹縫寬度，m為衍射級次，y表示衍射中心到第m級極小間的距離， D表示從

8、狹縫到光電傳感器的距離，單縫衍射的如圖所示。其光強分布的理論公 式為：I?I0 其中u?sinuu22（1.4）?asin?式中a為單縫的寬度，？為光的波長，？為衍射角，I0為正入射（即？ =0）時的入射光強，sinu22u被稱為單縫衍射因子，表征衍射光場內任一點相對光強（即II0）的強弱?！緦嶒瀮热荨恳弧⒎颥樅唾M單縫衍射的觀察與測量1、選用半導體激光器、單縫模板、接收屏、二維半自動掃描平臺、光電傳感 器以及光具座組裝測量裝置，調節(jié)半導體激光器、單縫模板、接收屏和光電傳感器之間 的位置，接通激光器電源，調節(jié)光路，使測量系統(tǒng)等高和共軸，選擇單縫模板上 某一狹縫，從接收屏上觀測到清晰的單縫衍射圖樣后，從光學導軌上取下接收屏， 調節(jié)二維半自動掃描平臺，使衍射光斑照在光電傳感器前的入射狹縫上。2、用雙鼠標頭連接線將二維半自動掃描平臺上的光電傳感器（根據(jù)實驗內容 選擇合適的放大倍數(shù)，不出現(xiàn)削波為準）與光電轉換器相連，光電轉換器的輸出端接 DHYH-2多功能物理測試系統(tǒng)模擬輸入通道（選擇前面板合適的模擬輸入通道， 一般選擇通道1）;半自動掃描平臺上的信號輸出（雙聲道耳機插頭）與DHYH-2 多功能物理測試系統(tǒng)前面板中“INT1”輸入口相連；半自動掃描平臺上的DC12V 口接上12V的開關電源；接通電源和開關。3、打開微機，點擊DHSO