实验报告实验题目 单缝衍射光强分布 一、实验目的及要求1. 通过对夫琅和费单缝衍射光强变化特点，加深对光的衍射现象和理论的理解，验证夫 琅禾费衍射图样的若干规律2. 掌握用探头光电流放大器测量衍射光强分布的方法二、 实验仪器（规格、型号、件数）光具座、单缝、探头及其附属支架，氦氖激光器及电源、光电流放大器三、 实验原理及实验步骤夫琅和费单缝衍射：平行光的衍射为夫琅和费衍射，如图一所示，从光源S发出的光经透镜L1形成的平行 光，照射在狭缝H上，根据惠更斯一菲涅耳原理，狭缝上各点看做是新的子波源，子波源向 各方向发出球面次波，这些次波叠加的结果，在透镜L2的像方焦平面的屏上，可以得到一组 平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹图一图一中，平行于光轴的衍射光束会聚于屏幕的P0处，是中央亮条纹的中心，其光强记 为I与光轴成e角方向的衍射光会聚于屏幕的%处，根据计算结果得出Pe处光强为：I _ i sin2 u _ Ka sin e_ U2 ' ( I其中a为狭缝宽度，入为单色光波长由（1）式可得单缝衍射光强分布的特征如下：1. 当u=o时e =0，Pe处的光强ie = i是最大值，称为中央主极大在其他条件不 变的情况下，此处光强的最大值I与狭缝宽度a的平方成正比。
02. 当u = Kn时（K=±1，±2，±3……）即a sin e _ KI时，I 0，出现暗条纹由 于e值很小，可以近似认为暗纹出现在e =KX/a的方向上，因而主极强两侧暗纹之间的角间距A0 = 2注a为其他相邻暗纹之间角间距A0 = X；a的两倍，如图二所示3. 除中央主极大之外，相邻两暗纹之间都有一次极大数学计算指出，这些次极大的 位置出现在 u=±1.43n, ±2.46n, ±3.47n ……，其相对光强Iq/I0 = 0.047； 0.017； 0.008……使用氦氖激光器进行此实验时，由于氦氖激光有良好的方向性，能量集中，而且一般衍 射狭缝的宽度a很小，故准直镜L1可省略不用如果将屏幕放于远离狭缝之处即D值远 远大于缝宽a，如图五所示，则聚焦透镜L2亦可省略这样夫琅禾费衍射装置就可以简化夫琅和费双缝衍射(选看)：其处理方法与夫琅和费单缝衍射的处理方法相同如图三所示,图三设双缝是两个宽度同为a的狭缝，中间隔着宽度为b的不透明部分，并把d = a + 8称为缝距, 则由计算可得屏幕上P °处的光强分布为：.,sin2 u=41 C0S2v° u 2其中兀 a sin 9兀 d sin 9 v = Sin2 u由(2)式可以看出，因子 是宽度为a的单缝夫琅和费衍射图样的光强分布式，而因子u 2cos2v是由光强相等而位相差为2v的双光束所产生的干涉图样的光强分布式.因此，夫琅和费双缝衍射可看成是宽度为a的单缝衍射光强调制下的双缝干涉.如果这两个sin2 u因子中有一个是零，则合光强为零，就第一个因子 来说，光强为零出现在U 2U = ±兀,±2兀,±3兀,L 处，就第二个因子C0S2V来说，光强为零出现在V=±;y, ± —, ±^— ,L，另外，相位差V和u之间存在下列关系: 」 」 」v d a + b—= = （3）u a a由于d > a，所以V引起条纹光强的变化较之u引起的变化来得快，当V取值k时，本 应出现第k级干涉亮条纹，但如果某一级干涉最大正出现在衍射最小的位置上，则合光强仍 为零，即发生了干涉条纹消失的缺级现象.以d = 3a为例，则缺级发生在七=3以及3的 u整数倍的位置上.其光强分布曲线和衍射图样如图四所示.-3 n-2 n-n0n2 n3 nu-9 n-6 n-3 n0n 2 n 3 n6 n9 nV-9-6-301 2 3 45 6 78 9k图四四、实验内容方法（一）测单缝衍射光强分布1.安置设备按图五所示，在光具座上依次安装好氦氖激光器A，可调狭缝装置H，探头G（或光电 二极管）的支架（其可沿垂直于光轴的方向移动，以改变0角）。
用导线将探头电极与光电流放 大器连接，即在导轨上装好实验装置，目测粗调，使各光学元件基本同轴实验光路图：图五注：I为P处光强 I为P处光强0 0 8 82. 打开激光器的电源开关，调节相关设备等高共轴本实验等高共轴的调节方法：打开激 光器前后移动白光屏，观察激光光点是否在光屏的同一位置，在同一位置就表示等高共轴， 如果偏离就需要继续调节相应调节螺丝为保证激光器输出电流稳定，一般可以预热20分 钟以上再进行测量3. 单缝放在“可左右移动的滑块”上，一般离激光器的距离较近，与探测器之间的距离 远一些更好激光绕过单缝后在白屏上出现衍射条纹4. 通过白屏观察，调节出左右对称长度适当的衍射条纹白屏开始一般置于探测器之前， 通过单缝宽度a的调节，观察光屏上的衍射条纹，使被测量的衍射图样“-3到+3极小值之 间的距离”在5-6厘米之间（目测或尺量），调整出图像清晰、对称、条纹宽度适当的单缝 衍射条纹5. 条纹高度与探头接收器口等高在前面基本等高共轴基础上，可以细调激光器上的“上 下”及“左右”螺丝，使条纹与接收器等高，并让主极大的中心点接近探头窗口中心位置（标 尺中心50cm左右处），这样实验记录时才能完整地测量单缝衍射图样的主极大及左右两个 次极大的光强。
6. 打开光电流放大器，使光电流放大器调节到匹配位置此放大器的最大量程在1999nA. 一 般取主极大中心位置在1200-1600nA以内为宜（要注意仪器特点）7. 顺时针或逆时针转动探头，即在探头的50mm处找出主极大的极大值（中央最大值），记 录下对应的位置X及电流值按刚才方向单向移动探头窗口，每隔l毫米对应读取光电流放 大器的光电流强度数值，填写在表格3.5-1中注意，为完整了解光强状况，除每隔1毫米位置取点外，还将在1-2-3级的极小位置 与1-2级次级大最高点补点，这样作光强分布图的时候，就不会错过相应的最高与最低点8. 双缝衍射的光强特点（选做），如果有双缝只需观察双缝衍射现象四、实验数据记录、数据处理表3.5-1单缝衍射光强分布记录表 （30-60个数据，根据全程或半程情况确定）序号窗口位置电流序号窗口位置电流序号窗口位置电流111212122231323414245152561626717278182891929102030根据数据做光强分布图：以中央主极大的中心为Y轴0点院我岫Si据前，点击神认醐，噌让龄 球击砌蛔仁魅吨吞“一4.5OT5.0C06.MKJ5.5COTOWK5CK0.W0.C40030.02D.D1Ml0.02格光电志孤测I口蜘判a过行时附y靴=沂所ts处此处i己H位置翊K ［此肚为 .W0,就鲜掐中圈二行J及般阵姬读荆，阳启蟀湖.MnxTi,记录l次光功率计顿S L程到柳爆，鼻心=1花动专懈对苗射1蹄明一flffiTSl瞰前角止.茸单辟物制嗣温融，根j娜御£1^趋珈朝&伽映盼布邮.曲佛曲纳J* 础蹈茹 迎1地离.柑（街司整补对副邮邮中询足的玺件L国中澈性理示：*f*3iEfficffJi+W^： d=2kfV±hl：耳中，小江踮统土问KEL I =1,2,3. kW? 爆.k 口丈波粉砧另nm • 1买：珥依言挪.电眈fESffflm直*街昂加单位：mm表3.5-2测量单缝缝宽实验记录:衍射光波波长入632.8入D缝宽a长度ax 10.1010K=1时x 1的值1狭缝到屏间距D9注意：要求有计算步骤。