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1、实验五实验五 光的衍射光的衍射空间科学与物理实验中心空间科学与物理实验中心 刘芬刘芬 2011.04 一、光的衍射现象及其分类一、光的衍射现象及其分类缝较大时，光是直线传播的缝较大时，光是直线传播的缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显阴阴影影屏幕屏幕屏幕屏幕 光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象衍射现象。光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 夫琅和费衍射夫琅和费衍射光源光源障碍物障碍物 接收屏接收屏距离为有
2、限远距离为有限远。光源光源障碍物障碍物 接收屏接收屏距离为无限远距离为无限远。菲涅耳半波带：菲涅耳半波带：用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象S*二、夫琅禾费单缝衍射实验装置二、夫琅禾费单缝衍射实验装置屏幕屏幕ABafxCP结论结论：分成偶数半波带为暗纹。：分成偶数半波带为暗纹。 分成奇数半波带为明纹。分成奇数半波带为明纹。讨论：讨论：问题：问题：当当 增加时增加时光强的极大值迅速光强的极大值迅速衰减？衰减？Ia52a32a32a520sinb为狭狭缝的的宽度，度，为单色光的波色光的波长，当，当=0时，光，光强强最大，称最大，称为主极大，主极大的主极大，主极大的强强
3、度决定于光度决定于光强强的的强强度和度和缝的的宽度。度。 衍射条纹的光强：衍射条纹的光强：夫琅禾夫琅禾费单缝衍射的衍射的简化装置化装置1.测量量单缝到光到光电池的距离池的距离D，用卷尺，用卷尺测取相取相应移移动座座间的距的距离即可；离即可；2.从分布曲从分布曲线可得各可得各级衍射暗条衍射暗条纹到明条到明条纹中心的距离中心的距离xk，求，求出同出同级距离距离xk的平均的平均值，将，将xk和和D值代入公式，计算出单缝宽值代入公式，计算出单缝宽度，用不同级数的结果计算度，用不同级数的结果计算b的平均值。的平均值。选择暗条纹选择暗条纹 二、实验仪器调试及缝宽测量二、实验仪器调试及缝宽测量1、WJF型数
4、字式检流计调试型数字式检流计调试开机预热开机预热调零调零选择量程档位选择量程档位测量时衰减旋钮旋至校准位置。测量时衰减旋钮旋至校准位置。2、测量单缝衍射一维光强分布随位置、测量单缝衍射一维光强分布随位置x的关系的关系按图按图4-5-3搭好实验装置；搭好实验装置；调节二维调节架，调节狭缝宽度，使其在小孔屏上形成良好的衍射光斑；调节二维调节架，调节狭缝宽度，使其在小孔屏上形成良好的衍射光斑；调整一维光强测量装置，使光电探头中心与衍射光斑同高度；调整一维光强测量装置，使光电探头中心与衍射光斑同高度；检查光阑是否在竖直方向检查光阑是否在竖直方向一般要手动调节；一般要手动调节；开始测量，以等间隔步距测量
5、，特别注意衍射光强最小及最大对应的开始测量，以等间隔步距测量，特别注意衍射光强最小及最大对应的x值；值；绘制衍射光强绘制衍射光强I/I0与位置坐标与位置坐标x的关系曲线。的关系曲线。3、根据图中数据计算单缝宽度、根据图中数据计算单缝宽度b用米尺测量光电接收器距离狭缝的距离用米尺测量光电接收器距离狭缝的距离D；根据根据b=kD/x计算单峰宽度计算单峰宽度。 三、思考题三、思考题 （1）-（3）实验九实验九 固体介质折射率的测量固体介质折射率的测量实验目的实验目的1.1.学习偏振光基本知识。确定入射激光的偏振面和偏振学习偏振光基本知识。确定入射激光的偏振面和偏振片的偏振方向，并能调节出平行入射面或
6、垂直入射面的偏片的偏振方向，并能调节出平行入射面或垂直入射面的偏振光；振光；2.2.用布儒斯特定律测定玻璃的折射率。用布儒斯特定律测定玻璃的折射率。关于折射率测量的实验方法关于折射率测量的实验方法固体、液体固体、液体牛顿环、分光计牛顿环、分光计棱脊分束、最小偏向角法、棱脊分束、最小偏向角法、迈克尔逊干涉仪、高精度法布里迈克尔逊干涉仪、高精度法布里- -玻罗干涉仪等。玻罗干涉仪等。实验原理实验原理当一束自然光从空气入射到折射当一束自然光从空气入射到折射率为率为n的玻璃表面时，反射光与折的玻璃表面时，反射光与折射光都是部分偏振光。由图根据射光都是部分偏振光。由图根据反射定律和折射定律可得，反射定律
7、和折射定律可得，i=r。如果入射角如果入射角i满足下式：满足下式：tani=n ，则反射光成为完全的平面偏振光，则反射光成为完全的平面偏振光，其振动方向垂直于入射面，这个入射角就是布儒斯特角。其振动方向垂直于入射面，这个入射角就是布儒斯特角。Er/Ei=tg（i-t）/tg（i+t）实验步骤实验步骤1 1确定入射光的偏振面确定入射光的偏振面-具体实验时可以省略此步具体实验时可以省略此步。（a）测定半导体激光器产生的激光束和偏振片两者的相对取向（即半导体激光器转盘和偏）测定半导体激光器产生的激光束和偏振片两者的相对取向（即半导体激光器转盘和偏振片转盘位置角度读数差）以使得偏振片与激光最强的偏振方
8、向一致。在以下测量中，振片转盘位置角度读数差）以使得偏振片与激光最强的偏振方向一致。在以下测量中，将偏振将偏振片和激光器当作一个系统片和激光器当作一个系统，需要旋转时一起转。，需要旋转时一起转。 激光器角度激光器角度/ /偏振片角度偏振片角度/ /光功率光功率/ /W W相相对取向取向/ /0 0(b)利用利用n=1.51样品，调节入射角样品，调节入射角B=arctan(1.51)=56.5，同步调节激光及偏振片的度数，使得，同步调节激光及偏振片的度数，使得反射光对应的光功率计显示最小值，此时入射到样品的光只存在反射光对应的光功率计显示最小值，此时入射到样品的光只存在P分量。分量。 偏振系偏振系统转角角/ /0 010102020180180反射光功率反射光功率/W/W根据确定的根据确定的P分量分量对应的偏振系的偏振系统转角，角，测量量样品的布儒斯特角。品的布儒斯特角。入射角入射角/51525354555657585960光功率光功率/W W确定确定样品的布儒斯特角品的布儒斯特角B，计算其折射率算其折射率n，并求其相，并求其相对误差。差。2.2.测量半导体硅片材料的折射率测量半导体硅片材料的折射率n。B=arctan(1.51)=56.5 思考题：总结本实验中的关键操作。思考题：总结本实验中的关键操作。
