1、1单缝衍射光强分布的测定光的衍射现象是光的波动性又一重要特征。单缝衍射是衍射现象中最简单的也是最典型的例子。在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等到领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。实验目的1. 观察单缝衍射现象及特点。2. 测定单缝衍射时的相对光强分布3. 应用单缝衍射的光强分布规律计算缝的宽度 。实验仪器光具导轨座，He-Ne 激光管及电源，二维调节架，光强分布测定仪，可调狭缝，狭缝A、B 。扩束镜与起偏听偏器，分划板，光电探头，小孔屏，数字式检流计（全套）等。实验原理光在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物，改
2、变光的直线传播，称为光的衍射。光的衍射分为夫琅和费衍射与菲涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射如图二 所示。当处于夫琅和费衍射区域，式中 是狭缝宽度，L 是狭缝与屏之间的距离， 是入射光的波长。实验时，若取 10-4m, L1.00m，入射光是He-Ne 激光，其波长是 632.8nm,就可满足上述条件。所以，实验时就可以采用如图一装置。L82如图二 单缝衍射的光路图2根据惠更斯-菲涅耳原理，可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角等于或趋于零时，即=0（或0） ，按式，有故 I=I0，衍射花样中心点
3、 P0 的光强达到最大值（亮条纹） ，称为主极大。当衍射角满足 时，=k 则 I=0，对应点的光强为极小（暗条纹） ， k 称为极小值级次。若用 Xk 表示光强极小值点到中心点 P0 的距离，因衍射角甚小，则故 Xk=L=kL/,当 、L 固定时，X k 与 成反比。缝宽 变大，衍射条纹变密；缝宽 变小，衍射条纹变疏。同时可推导出中央主极大的角度（即1 级暗纹的间距）=2 /，两相邻暗纹的衍射角之差为=/。两相邻暗纹间的亮纹称为次极大。sin 0 1.43/ 2.46/ 3.47/ I I0 0.47 I0 0.017 I0 0.008 I0 各极极大的位置和相应的光强如下图三所示：sinsi
4、n20 uI1sinlmu,21sinksin1、导轨 2、激光电源3、激光器4、单缝或双缝二维调节架5、小孔屏6、一维光强测量装置7、WJF 型数字式检流计图三 单缝衍射的相对光强分布曲线3实验内容和步骤实验装置如图一所示，按图搭好实验仪器。实验采用发散度甚小的 He-Ne 激光作为光源，满足入射光为平行光的条件。为满足夫琅和费衍射条件，应尽量将显示衍射图像的屏远离单缝，即 L1.00m，这样就可省去单缝后面的透镜。1. 观察单缝衍射现象按图一安排实验仪器，点亮 He-Ne 激光器，调节各元件共轴，使激光垂直照射于单狭缝的刀口面上，在距狭缝 L 处置以观察屏 P，在狭缝夹座上依次放狭缝 A，
5、B 和单丝，观察屏上出现的各种现象和变化规律，并作记录。最后固定缝宽 ，调整各元件使屏上的衍射图像清晰、对称、最亮，而且条纹间距适当，以利于测量。+2. 测定单缝衍射图像的相对光强分布移开衍射屏，用装有硅光电池的光强分布测示仪测出衍射光强。测量过程如下：打开激光电源，用小孔屏调整激光光路。打开检流计电源，预热及调零。测量线连接其输入孔与光电探头。调整二维调节架，选择所需要的单缝式双缝等对准激光束中心,使之在小孔屏上形成良好的衍射光强。拿去小孔屏，调整一维光强测量装置使光电探头中心与激光束的高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。开始测量，转动手轮光电探头移动一定距离（如 0.5mm 或
6、1mm） ，使硅光电池的进光狭缝从衍射图样的一边 k=3(或 k=2)的位置开始单向逐点扫描到另一边 k=3(或 k=2)的位置，每隔 0.5mm1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。其中，应准确记下主极大、次极大和极小的位置及相对光强。3. 作出衍射光强分布图在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值绘出来，从坐标纸上作出的相对光强 I/ I0 与光电池位置 X 的关系曲线，就是衍射光强分布图，并与理论曲线作比较。测出狭缝与光电池的距离 L，将各级的 Xk（表示光强极小值点到中心点 P0 的距离）和L 值代入公式 Xk=kL/ 计算狭
7、缝 宽度，并求平均值，计算标准差。记录数据表格自拟。数据记录及处理衍射光强分布图实验值=632.8nm L=82cmXk I Xk I Xk I Xk I 4以上测量是转动按图一光路，转动手轮使光电探头移动一定距离（如 0.5mm 或1mm）每隔 0.5mm1.0mm）记录一次光强值，从数字检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来。将记录的数据用 matlab 软件或从坐标纸上作出的相对光强 I 与位置 X的关系曲线。将各级的 Xk（表示光强极小值点到中心点 P0 的距离）和 L 值代入公式 Xk=kL/ 计算狭缝 宽度，并求平均值，计算标准差。k 代入公式 Xk=kL/ (cm)LXk1kLXk2kLXk3k讨论与思考1 在单缝衍射过程中缝宽 增大或变窄时，衍射图样有何变化？当增大到 时，情况又如何？2 在单缝衍射中，单缝到光电池距离 L 的大小对衍射的光强分布有无影响？为什么？
