测量单缝衍射的光强分布
单缝和单丝衍射光强分布实验报告
单缝和单丝衍射光强分布实验报告
单缝和单丝衍射光强分布实验报告
引言：
光学是一门研究光的传播、变化和作用的科学，而衍射则是光学中一个重要的现象。本实验旨在通过观察单缝和单丝的衍射现象，了解光的波动性质以及衍射的规律。
实验装置：
实验装置主要包括光源、单缝/单丝装置、屏幕和测量仪器。光源采用一束单色光（如红光），单缝/单丝装置则包括一个狭缝或一个细丝，屏幕用于接收衍射光，并在屏幕上形成衍射图样。测量仪器可用于测量衍射图样的光强分布。
实验过程：
1. 实验前准备：
a. 准备光源、单缝/单丝装置、屏幕和测量仪器。
b. 调整光源和单缝/单丝装置的位置，使其与屏幕保持适当的距离。
c. 确保实验环境光线较暗，以便更好地观察衍射现象。
2. 单缝衍射实验：
a. 将单缝装置放置在光源和屏幕之间，并调整单缝的宽度。
b. 观察屏幕上的衍射图样，并记录下各个位置的光强。
c. 根据实测数据，绘制出单缝衍射的光强分布曲线。
3. 单丝衍射实验：
a. 将单丝装置放置在光源和屏幕之间，并调整单丝的位置。
b. 观察屏幕上的衍射图样，并记录下各个位置的光强。
c. 根据实测数据，绘制出单丝衍射的光强分布曲线。
实验结果与分析：
通过实验观察和数据记录，我们得到了单缝和单丝衍射的光强分布曲线。从实
验结果中我们可以得出以下结论：
1. 单缝衍射：
a. 在中央峰附近，光强最大，随着距离中央峰的增加，光强逐渐减小。
b. 出现一系列的衍射极小值，即暗条纹，这些极小值的位置与单缝的宽度有关。
c. 衍射极小值的位置满足衍射公式：sinθ = mλ/d，其中θ为衍射角，m为整数，λ为波长，d为单缝宽度。
测量单缝衍射的光强分布.
与光屏(一维光强测量装置)之间的距离均为 50cm 左右;实验用方向性很好, 发散角为 105 ~ 103 rad
的 H e N e 激光作光源, 这样可以满夫朗和费衍
射的远场条件，从而可省去单缝前后的两个透镜。
3. 本实验用硅光电池作光强 I 的测量器件, 硅光电池 能直接将光能转变为电能,在一定光照范围内, 光电
若要满足 a 104 m
b L 0.5 632.8 109 3.16 103 m 3.16mm
a
104
b 3.16 15.8 0.200 0.200
N 16
一个条纹宽度内应有 16个以上的测量点
课后作业: 思考题 1. 2. 3.
3. 将光屏置于光强测量装置之前,调二维调节架,选择所需的
a 单缝宽度 观察光屏上的衍射条纹;调整出一个图象清晰.对
称,条纹宽度适当的单缝衍射条纹来。这是实验的关键。
4. 使用检流计必须先调零, 选择量程的原则是使读数 尽可能大，如果超过量程 要换档；若读数太小也要 换档 (换挡后必须先调零)。
测量中央明纹中心的光强度
k 1 a sin1
Biblioteka Baidu 1 是一级暗纹中心的衍射角
sin 1
a
右图中 k 1 xk b
单缝衍射光强的测量分布
-19.5 0.04 -14.5 0.05 -9.5 0.27 -4.5 0.86 0.5 3.96 5.5 0.38 10.5 0.19 15.5 0.04 20.5 0.03
-19 0.02 -14 0.06 -9 0.25 -4 1.23 1 3.74 6 0.20 11 0.17 16 0.05 21 0.02
8 0.15
8.5 0.17
9 0.18
9.5 0.20
10 0.21
10.5 0.19
11 0.17
11.5 0.14
12 0.10
12.5 0.06
13 0.04
13.5 0.03
14 0.03
14.5 0.02
15 0.03
15.5 0.04
16 0.05
16.5 0.07
17 0.07
-40 -20 0 坐标x/mm 20 40
相对光强I
相对
-18 0.05 -13 0.11 -8 0.17 -3 2.10 2 3.11 7 0.11 12 0.10 17 0.07 22 0.04
-17.5 0.07 -12.5 0.14 -7.5 0.13 -2.5 2.57 2.5 2.66 7.5 0.13 12.5 0.06 17.5 0.07
-21.5 0.02 -16.5 0.07 -11.5 0.22 -6.5 0.16 -1.5 3.38 3.5 1.77 8.5 0.17 13.5 0.03 18.5 0.02
单缝衍射光强分布实验及不确定度计算
单缝衍射光强分布实验及不确定度计算
一、实验原理
单缝衍射实验是研究光通过窄缝的衍射现象。当单色光照射在窄缝上时，光线会绕过窄缝并在屏幕上产生衍射条纹。根据波动理论，这些条纹的宽度和形状可以通过衍射角和缝宽来计算。
二、实验步骤
1.准备实验器材：单缝装置、激光器（发出波长已知的单色光）、屏幕、尺子、测角
仪。
2.将激光器固定在单缝装置上，确保光束垂直照射在单缝上。
3.将屏幕放在离单缝一定距离的位置，确保屏幕上的衍射条纹清晰可见。
4.使用尺子测量单缝的宽度（精确到0.01mm）。
5.使用测角仪测量衍射条纹之间的角度（精确到0.1°）。
6.记录数据，至少进行3次实验以减小误差。
三、不确定度计算
根据实验数据，我们可以计算出衍射条纹的宽度和形状。不确定度可以通过以下公式计算：
其中，ΔI是总不确定度，I是衍射条纹的平均光强，N是实验次数，ΔI0是激光器的光强波动范围。
四、实验结果与讨论
根据实验数据，我们可以得出衍射条纹的宽度和形状，以及它们与缝宽和波长的关系。同时，我们还可以讨论不确定度对实验结果的影响。
实验 单缝衍射的光强分布
要求求出单缝宽度a, 并表示成标准形式。
五、 数据记录及处理
(1) 自己设计表格, 记录数据。 (2) 将所测得的I值做归一化处理, 即将所测的数据与中央 主极大取相对比值 I/I0( 称为相对光强 ), 在直角坐标纸上描出 I/I0～x曲线。 (3) 在图中找出各次极大的位置与相对光强, 分别与理论值 进行比较。
a
(2) 暗纹。当u=±kπ, k=1,2,3, …,即 a sin / k或
asinΦ=±kλ时,有I＝0。且任何两相邻暗条纹间的衍射角的差值 ,即暗条纹是以P0点为中心等间隔左右对称分布的。 a
(3) 次级明纹。在两相邻暗纹间存在次级明纹，它们的
宽度是中央明纹宽度的一半。这些亮条纹的光强最大值称为 次极大。 其角位置依次是
1.43
a
2.46
a
3.47
a
，……
将上述值代入光强公式(3 - 9 - 3)中, 可求得各次级明纹中心的强度为
I 0.047I 0 , I 0.016I 0 , I 0.008I 0 ,
由上述特征可以看出,各级明纹的光强随着级次k的增大而迅
速减小,而暗纹的光强亦分布其间, 单缝衍射相对光强分布曲线如 图3 - 9 - 2所示。
图 3 - 9 - 2 单缝衍射相对光强分布曲线
单缝衍射光强的分布测量实验报告
单缝衍射光强的分布测量实验报告
实验名称：单缝衍射光强的分布测量
实验目的：
1. 了解单缝衍射现象及其规律；
2. 掌握测量单缝衍射光强的方法和步骤。
实验器材：
1. 单缝光源
2. 单缝衍射装置
3. 光电探测器
4. 数字多道分析器
5. 电脑与连接线
6. 实验支架
7. 高精度尺子
实验原理：
当光传播到单缝上时，由于光的波动性，出现了衍射现象。在单缝前方远离缝的一定距离处，出现一系列亮暗的条纹，即衍射图样。衍射图样反映了波阵面在缝后的衍射情况，通过测量这些条纹的亮度，可以得到单缝衍射光强的分布。
实验步骤：
1. 将实验装置搭建好，确保光路正常且稳定。
2. 将光电探测器放置在远离单缝的一定距离处，调整其位置使其刚好能接收到衍射光。
3. 将电脑与数字多道分析器连接。
4. 打开数据采集软件，设置好采集参数。
5. 开始采集数据，持续一段时间，确保得到足够多的数据点。
6. 关闭数据采集软件，保存数据并进行数据分析。
7. 根据采集到的数据绘制单缝衍射光强分布图。
实验结果分析：
根据采集到的数据，可以得到每个位置上的光强数值。通过绘制光强与位置的关系图，可以观察到一系列亮暗条纹的分布。根据衍射理论可以推导出单缝衍射的光强分布公式：
I(x) = (I_0 * sin(β)/β)^2 * (sin(α)/α)^2
其中，I(x)为位置x处的光强，I_0为中央最大光强，β为sin(β) = (π* b * sin(α))/λ，b为单缝宽度，α为入射光与垂直方向的夹角，λ为入射光波长。
实验误差分析：
1. 由于实验器材和环境的限制，实际测量中可能会存在一定的误差。
光强分布的测量
光强分布的测量实验
一、实验目的
１．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
２．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 ３．学会用衍射法测量微小量。 4．验证马吕斯定律。
二、实验原理
如图1所示，
图1 夫琅禾费单缝衍射光路图
与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0处，是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0，与光轴方向成Ф角的衍射光束会聚于屏上PA 处，PA 的光强由计算可得：
式中，b 为狭缝的宽度，λ为单色光的波长，当0=β时，光强最大，称为主极大，主极大的强度决定于光强的强度和缝的宽度。
当πβk =，即：
2
20
sin ββ
I I A =)sin (λ
φ
πβb =
b
K
λ
φ=sin ）
，，，⋅⋅⋅±±±=321(K
时，出现暗条纹。
除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由数学计算可得出现这些次极大的位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大的相对光强I/I0依次为0.047，0.017，0.008，…
图2 夫琅禾费衍射的光强分布
夫琅禾费衍射的光强分布如图2所示。
图3 夫琅禾费单缝衍射的简化装置
用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度b 一般很小，这样就可以不用透镜L 1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即D 远大于b ）则透镜L2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图3，这时，
由上二式可得
3.5单缝衍射光强的分布
实验光路图：
S a
θ
θ1
图五
Pθ x P0
实验原理图：
注： I 0为P0处光强
I 为P 处光强
2．激光器与单缝之间的距离以及单缝与探测器之间的距离均调在 50cm 左右。点燃氦氖 激光管，取工作电流不大于 6mA，为保证激光器输出电流稳定，一般半小时 以后进行测
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＝±1.43π，±2.46π，±3.47π ……，其相对光强 I / 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。
测量：
记录衍射条纹的光强度（光电流 I）和相应的位置坐标 x
3.5 单缝衍射光强的分布
光波的波振面受到阻碍时，光绕过障碍物偏离直线而进入几何阴影区，并在屏幕上出现 光强不均匀分布的现象叫做光的衍射。研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动性的 理解，同时还有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、 光信息处理等。衍射使光强在空间重新分布，通过光电转换来测量光的相对强度，是近代测 试技术的一个常用方法。光的衍射分菲涅耳近场衍射和夫琅禾费远场衍射两大类，其中夫琅 禾费衍射在理论上处理较为简单。本实验仅研究单缝和双缝夫琅禾费衍射。 一、实验目的要求
单缝衍射的光强分布实验报告
单缝衍射的光强分布实验报告
光学是研究光的传播、发射、吸收和干涉等现象的科学，而衍射则是光通过障
碍物后产生的偏折现象。单缝衍射实验是光学实验中的经典实验之一，通过实验可以观察到光在通过单缝时的衍射现象，进而研究光的传播规律和特性。本实验旨在通过实验观察和数据分析，探究单缝衍射的光强分布规律，为光学理论提供实验依据。
实验装置及原理：
本实验采用的实验装置主要包括，光源、单缝装置、准直透镜、光强测量仪等。光源通过准直透镜后，射入单缝装置，经过单缝后形成衍射光斑，最后被光强测量仪测量光强分布。单缝衍射的原理是，当光波通过单缝时，由于单缝的存在，光波会发生衍射现象，形成一系列干涉条纹，通过测量这些干涉条纹的光强分布，可以得到单缝衍射的光强分布规律。
实验步骤及数据处理：
1. 调整光源和准直透镜，使光线垂直射入单缝装置；
2. 通过光强测量仪，测量不同角度下的光强分布；
3. 记录实验数据，绘制光强分布曲线；
4. 根据实验数据，分析单缝衍射的光强分布规律。
实验结果及分析：
通过实验数据处理和分析，我们得到了单缝衍射的光强分布曲线。实验结果表明，单缝衍射的光强分布呈现出明显的周期性变化，且中央最亮，两侧逐渐减弱的规律。这与衍射现象的理论预期相符合，进一步验证了光的波动性和衍射现象的存在。
结论：
通过本实验，我们成功观察到了单缝衍射的光强分布规律，实验结果与理论预
期相符合。这为光学理论的研究提供了实验依据，也为光学应用提供了重要的参考。同时，本实验也展示了光学实验的重要性和实验方法的重要性，为光学实验教学提供了有力支持。
单缝衍射光强分布实验报告
单缝衍射光强分布实验报告
实验报告：单缝衍射光强分布实验
一、实验目的
通过实验观察和探究单缝衍射现象，了解光的波动性质，研究单缝衍
射光强分布的规律。
二、实验原理
单缝衍射是指当光线通过一个狭缝时，由于光的波动性质，光波会发
生衍射现象，即光线会向周围扩散。根据夫琅禾费衍射公式，单缝衍射光
强分布的规律可以通过以下两个公式推导得出：
1.衍射公式：θ=mλ/b
其中，θ为衍射角，m为条纹的级次（m=0,±1,±2,...），λ为波长，b为狭缝宽度。
2. 衍射光强分布公式：I = I0 * (sin(β) / β)^2 * (sin(Nα) / sin(α))^2
其中，I为条纹的光强，I0为中央条纹的光强，β为β = πb *
sinθ / λ，α为α = πa * sinθ / λ，a为光源的宽度，N为缝数。
三、实验步骤
1.将光源与被研究的缝隙间隔一定距离，并确保光源垂直照射缝隙。
2.使用光屏接收衍射光，并根据需要调整光屏距离缝隙的距离，以便
更好地观察衍射条纹。
3.用CCD相机拍摄光屏上的衍射条纹，通过图像处理软件量化光强，
得到光强分布曲线。
4.调整狭缝的宽度，观察并记录不同宽度下的光强分布情况。
5.重复实验多次，取平均值以减小误差。
四、实验结果与分析
通过实验观察到的结果，我们可以得到以下结论：
1.光强分布呈现明暗相间的条纹状，其中最中央的一条条纹最亮，两
侧的条纹逐渐减弱。
2.随着波长λ的增大，条纹间距减小，光强分布也发生变化。
3.随着缝宽b的增大，条纹变得更为集中，光强分布呈现更明显的周
期性变化。
单缝衍射的光强分布
实验十六单缝衍射的光强分布
光在传播时遇到障碍物将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。因此研究光的衍射，不仅有助于对光的本性的理解，同时也有助于进一步学习近代光学技术，如光谱分析，晶体分析，全息分析，光学信息处理等。
衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感元件探测光强的相对变化，是近代技术中常用的测定光强分布的方法之一。
【实验目的】
1．观察单缝夫琅和费衍射现象及其特点。
2．掌握单缝衍射相对光强的测量方法。
3. 利用单缝衍射的规律计算缝宽。
【实验仪器】
半导体激光器、KF-WGZII型光强分布测试仪，KF-WJF型数字检流计等。
图1 衍射一维光强分布的测试仪器图
1、激光电源
2、激光器
3、单缝或双缝等及二维调节架
4、小孔屏
5、导轨
6、光电探头
7、一维光强测量装置8、KF-WJF型数字式检流计
【实验原理】
光的衍射根据光源及观察衍射图象的屏幕（衍射屏）到产生衍射的障碍物的距离不同，分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种，前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射，即所谓近场衍射；后者则为无限远时的衍射，即所谓远场衍射。要实现夫琅禾费衍射，必须保证光源至单缝的距离和单缝到衍射屏的距离均为无限远（或相当于无限远），即要求照射到单缝上的入射光、衍射光都为平行光，屏应放到相当远处，在实验中只用两个透镜即可达到此要求。实验光路
如图2所示，
图2 夫琅禾费单缝衍射光路图
与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0处，是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0，与光轴方向成Ф角的衍射光束会聚于屏上P A 处，P A 的光强由计算可得：
单缝衍射光强分布的测定
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α。
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α是狭缝宽度，L 是狭缝与屏之间的距离，λ是入射光的波长。 实验时，若取α≤10-4m, L ≥1.00m ，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。
λ<<L
82
α如图二 单缝衍射的光路图
1、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
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ϕ等于或趋于零时，即ϕ=0（或ϕ→0），按式，有
单缝衍射的光强分布的测量
单缝衍射的光强分布的测量
单缝衍射是一种经典的光学现象，它描述了光通过一个窄缝缝隙后，会产生一系列暗纹和明纹的分布图案。这一现象被广泛应用于科学研究和工业应用中，因此对单缝衍射的光强分布测量具有重要意义。本文将介绍单缝衍射的基本理论、实验装置和光强分布的测量方法。
一、单缝衍射的基本理论
单缝衍射是一种衍射现象，它是指光通过一个宽度为d的狭缝时所产生的衍射效应。根据光的波动理论，当光线通过一个宽度为d的孔或缝隙时，光线被分散成许多波前，这些波前互相干涉，从而形成了一系列明暗条纹。这些条纹的间距和亮度取决于光波的波长和狭缝的尺寸。
根据菲涅耳衍射理论，单缝衍射的光强分布可以用以下公式来描述：
I = I_0 × (sin(πa/λ) / (πa/λ))^2 × (sin(πd/λ) / (πd/λ))^2
其中，I_0为入射光的强度；a为缝隙中心到屏幕的距离；d为缝隙的宽度；λ为光的波长。
根据公式可知，单缝衍射的光强分布具有典型的中央最大值和一系列交替的暗纹和明纹，它们的间距和强度都取决于λ和d的大小比。实验中，测量单缝衍射光强分布是通过光强计测量光的强度分布，然后将测量的数据与理论公式进行比较，从而验证光的波动性和理论模型。
二、实验装置
为了测量单缝衍射的光强分布，需要有一个正常的光源，一个单缝和一个光强计。下面是实验装置的详细介绍：
1. 光源
实验中所需的光源可以是激光、白光、单色光等。其中，激光通常是最好的光源，因为它的频率和波长比较稳定，光的强度高，并且方向性强，易于控制。激光通常被用于高精度的光学测量和调整，但是它也比较昂贵，容易受到环境噪声的干扰。
单缝衍射的光强分布实验报告
单缝衍射的光强分布实验报告实验报告：单缝衍射的光强分布
一、实验目的
通过实验，观察单缝衍射现象，了解其光强分布规律。掌握光衍射实验的基本理论和实验方法。
二、实验原理
单缝衍射是指当光线通过一块缝隙时，由于衍射作用，其出射光线方向发生偏转并交叉干涉形成衍射花样。
根据夫琅禾费衍射公式，单缝衍射中，
d*sinθ=mλ，其中d为缝宽，θ为衍射角度，m为衍射级次，λ为光波长。
单缝衍射的光强分布可表示为
I=I0 * sinc^2 (πd*sinθ/λ)，其中I0为中央亮度，sinc函数可由幅
度衍射公式推导得出。
三、实验器材
单色光源，光源支架，单缝，屏幕，卡尺。
四、实验步骤
1. 将单色光源与单缝放置于透镜下方和光源支架上方，保持缝
隙垂直于光路并尽量减小其宽度。
2. 将屏幕置于光源和单缝的正中央，在光路上设法使靠近光源
的两侧与单缝对齐。调整屏幕与单缝垂直，注意观察光芒的衍射
现象。
3. 逐渐加宽缝隙的宽度，并观察光芒的衍射现象。每增加一级，观察对应的条纹的亮度情况，记录下来。
4. 用卡尺测量两侧衍射花样亮条的距离，并计算衍射角度θ。
5. 用实验数据计算出衍射光强分布的函数图像。
五、实验结果
当单缝宽度较小时，衍射现象并不显着。随着单缝宽度的增加，衍射花样逐渐清晰，呈现出多级衍射的现象。同时，每个级次的
亮度会随着衍射角度的增大而逐渐减小。最大亮度出现在中央，
且亮度以一定规律逐渐减小。通过记录和计算数据，得出了单缝
衍射的光强分布函数图像。
六、实验结论
通过单缝衍射实验，我们观察到了光线通过缝隙发生的衍射现象，并了解了其衍射级次、光强分布规律等基本知识。实验结果
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测
实验41 单缝衍射的光强分布和细丝直径测量
光具有波动性，衍射是光波动性的一种表现。光的衍射现象是在17世纪由格里马第发现的。19世纪初，菲涅耳和夫琅和费分别研究了一系列有关光衍射的重要实验，为光的波动理论奠定了基础。菲涅耳提出了次波相干迭加的观点，用统一的原理（惠更斯一菲涅耳原理）分析解释光的衍射现象；利用单缝衍射原理可以对细丝直径进行非接触的精确测量。 ［学习重点］
1．通过对夫琅和费单缝衍射的相对光强分布曲线的绘制，加深对光的波动理论和惠更斯——菲涅耳原理的理解。
2．掌握使用硅光电池测量相对光强分布的方法。 3．掌握利用衍射原理对细丝进行非接触测量的方法。 ［实验原理］
1． 单缝衍射
粗略地讲，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射。衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。通常按它们相互间距离的大小，将衍射分为两类：一类是光源和接收屏幕（或两者之一）距离衍射屏有限远，这类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远，这类衍射叫做夫琅和费衍射。本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。
如图41-1（a ），将单色线 光源S 置于透镜L 1的前焦面 上，则由S 发出的光通过L 1 后形成平行光束垂直照射到 单缝AB 上。根据惠更斯一菲 涅耳原理，单缝上每一点都可 以看成是向各个方向发射球面 子波的新波源，子波在透镜L 2 的后焦面（接收屏）上叠加形 成一组平行于单缝的明暗相间
的条纹。如图41-1（b ）所示。和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P 0处，是中央亮纹的中心，其光强为I 0；与光 轴SP 0成θ 角的衍射光束会聚于P θ 处，θ 为衍射角，由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为
单缝衍射光强分布的测定
实验名称： 单缝衍射光强分布的测定 实验时间：
实验者：
院系： 学号：
指导教师签字： 实验目的：
1.测定单缝衍射的相对光强分布；
2.测定半导体激光器激光的波长。
实验仪器设备：
光具座 半导体激光器 可调单缝 硅光电池 光电检流器 移测显微镜 光屏
实验原理：
1. 夫琅禾费衍射
；
当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅禾费衍射。
以波长为λ的单色平行光（实验用散射角极小的
激光器产生激光束）垂直通过单缝，经衍射后，在屏
上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹（夫琅禾费衍射条纹）。如图所示。根据惠更斯——菲涅耳原
理，可知
2
20
sin ββ
θI I = 由θλ
π
βsin a =
得 220
)
sin ()
sin (
sin λ
θπλθ
πθa a I I =
0I I θ叫做相对光强 暗纹条件
)
0,,2,1(a
sin =±±==θλ
θI k k (θ很小，故θθθ≈≈tan sin ，)
中央明纹两侧暗条纹之间的角宽
a 2λ
θ=
∆ 相邻两暗条纹之间角宽a
λθ=∆’ 0=θ时，0I I =θ，此时光强最大，为主最大。
其两侧相邻两暗条纹间都有一个次最大，角位置分别为
。，、、 a
47.3a 46.2a 43.1sin λ
λλθ±±±= 相应的 008.0017.0047.00、、
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一 级 明 纹 中 心 一 级 暗 纹 中 心 二 级 暗 纹 中 心
二 级 明 纹 中 心 三 级 暗 纹 中 心
三 级 明 纹 中 心
xmm
三. 实验内容和步骤:
1. 在导轨上装好实验装置,先目测粗调,使各光学元件同轴等
高, 激光器要调成水平壮态。
2. 激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置
3.16 10 3 m 3.16mm
N 16
一个条纹宽度内应有
16个以上的测量点
b 3.16 15.8 0.200 0.200
课后作业:
思考题 1. 2. 3.
单方向转动手轮 , 沿
x方向每次移动 0. 200mm
, 从左侧
二级暗纹中心一直测到右侧二级暗纹中心 。 注意切勿反转 手轮 ，以免产生螺旋空程差。
四. 实验数据处理:
1. 作出单缝衍射的光强分布曲线 。在直 角坐标纸上,以横轴表示各点的坐标位置
x ; 纵轴表示各点的光强度I
, 由实验数
据描出各点 , 用平 滑曲线连接起来 , 即 为单缝衍射的光强分布曲线。
池的光电流 I 与光照强度
i 成正比。
4. 单缝衍射生成暗条纹的条件是 a sin k 可
见，增大单缝的宽度，条纹的亮度增强，但条纹
的宽度变窄；反之，减小单缝的宽度，虽然条纹 的宽度变宽，但条纹的亮度减弱。
单缝衍射光强分布曲线
I A
中 央 明 纹 中 心 三 级 明 纹 中 心 三 级 暗 纹 中 心 二 级 明 纹 中 心 二 级 暗 纹 中 心 一 级 明 纹 中 心 一 级 暗 纹 中 心
xk b
b tg1 L
1 5
L2
A
sin 1 tg1
L a b
b a L
S
0
xk
PO
B L
L a b
若要满足
L 50.00cm
a 10 m
4
9
623.8nm
在光强分布曲线图上测量出 b 的值，就可以计算出单缝的宽度
L 0.5 632.8 10 b 4 a 10
a 10 m ; 激光器与单缝之间的距离以及单缝
4
与光屏(一维光强测量装置)之间的距离均为 50cm
左右;实验用方向性很好, 发散角为 10 ~ 10 rad 的 H e N e 激光作光源, 这样可以满夫朗和费衍
5 3
射的远场条件，从而可省去单缝前后的两个透镜。
3. 本实验用硅光电池作光强 I 的测量器件, 硅光电池 能直接将光能转变为电能,在一定光照范围内, 光电
单缝衍射光强分布曲线的绘制
I A
一级暗纹中心
中央明纹中心
b 是中央明纹半宽度
0
b 也是衍射条纹的宽度
b
b
xmm
2. 计算出单缝的宽度
a:
a
P
根据单缝衍射生成暗纹的条件: a sin k
k 1
a sin1
sin 1
L1
0
1 是一级暗纹中心的衍射角
右图中 k 1
之间的距离均调在50cm左右。
3. 将光屏置于光强测量装置之前,调二维调节架,选择所需的 单缝宽度
a 观察光屏上பைடு நூலகம்衍射条纹;调整出一个图象清晰.对
称,条纹宽度适当的单缝衍射条纹来。这是实验的关键。
4. 使用检流计必须先调零, 选择量程的原则是使读数 尽可能大，如果超过量程
要换档；若读数太小也要
换档 (换挡后必须先调零)。 测量中央明纹中心的光强度 5. 逐点测量衍射图象的光强度(光电流 I )和相应的坐标位置 x
一．实验目的
１．观察单缝衍射现象及其特点； ２．测量单缝衍射的光强分布； ３．用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；
二．实验原理
1. 夫朗和费衍射: 夫朗和费衍射亦 称为远程衍射。 理想的夫朗和费 衍射, 其入射光 束和 衍射光束 都是平行光。
L1 A S 0
L2
P
xk
PO
B
L
夫朗和费单缝衍射光路图
2．本实验采用夫朗和费衍射。 若取一维单缝的宽度