单缝衍射的光强分布及测量ppt
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• （1）当在小孔屏位置处放上硅光电池和一维光强 读数装置，与数字检流计（也称光点检流计）相连 的硅光电池可沿衍射展开方向移动，那么数字检流 计所显示出来的光电流的大小就与落在硅光电池上 的光强成正比。如图4所示的实验装置。
17
实验原理
单缝 激光管
硅光电池 光点检流计
图4
18
实验原理
• 根据硅光电池的光电特性可知，光电流和入射光能 量成正比，只要工作电压不太小，光电流和工作电 压无关，光电特性是线性关系；所以当光电池与数 字检流计构成的回路内电阻恒定时，光电流的相对 强度就直接表示了光的相对强度。
• 半导体激光器， • 可调宽狭缝， • 硅光电池（光电探头）， • 一维光强测量装置， • WJF型数字检流计， • 米尺（或钢卷尺）， • 测微显微镜， • 小孔屏和WGZ--IIA导轨 • 头发丝
3
三：实验原理
• １．单缝衍射的光强分布 • 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。如果障碍物的尺寸与 波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察 到。 • 单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距光源 和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都是球 面波；另一种是夫琅和费衍射，单缝距光源和接收 屏均为无限远或相当于无限远，即入射波和衍射波 都可看作是平面波。
4
实验原理
• 在用散射角[scattering angle]极小的激光器 (<0.002rad)产生激光束[laser beam]，通 过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝 后大于0.5m的地方放上观察屏，就可看到衍射条 纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图1所示。
亮
屏
暗
d
x
D
图1
5
相同的图样是平行于狭缝的条纹。当 0 时，x 0 ，I I0，
在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；中央 明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。
• 当 K (K 1, 2, ) ，即 KD d 时，I = 0在这些
地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右 对称的分布。中央亮条纹的宽度L可用K 1 的两条暗条纹 间的间距确定；某一级暗条纹的位置与缝宽成反比，当宽到
sin x
D
6
实验原理
• 产生暗条纹[dark fringes]的条件是
d sin k
• （k=±1，±2，±3，…）
• 暗条纹的中心位置为
x K D
d
两相邻暗纹之间的中心是明纹中心
7
实验原理
• 用振幅矢量法讨论单缝衍射光强分布规律：
• 将波阵面AB分成 N 个等宽条带，构成 N 个振幅
• 由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各 个点位置处的光强，所以在硅光电池前装一细缝光 栏(0.5mm)，用以控制受光面积，并把硅光电池 装在带有螺旋测微装置的底座上，可沿横向方向移 动，这就相当于改变了衍射角
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实验原理
• （2）数字检流计量程分为四档，用以测量不同的光强范围， 使用前应先预热5分钟。
公式为
d KD
x
• 因此，如果测到了第K级暗纹的位置，用光的衍射 可以测量细缝的宽度。
14
实验原理
1
2
2a
f
图3
3
O P
I
15
实验原理
• 这里用下面这种方法测量头发丝的直径： • 用已知波长的平行光垂直入射在单缝上，在距离单
缝的距离为d处测出衍射花样的中央明纹的宽度L （保证d≈1000b：或者d为几米）。则由单缝衍 射原理
• 先将量程选择开关置于“1” 档，“衰减”旋钮置于校准位置 （即顺时针转到头，置于灵敏度最高位置），调节“调零” 旋钮，使数据显示为“-.000”（负号闪烁）。
实验原理
• 当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理 [Huygens-Fresnel principle]，单缝上每 一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。 由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于 单缝的明暗相间的条纹。
• 激光的方向性极强，可视为平行光束；宽度为b的 单缝产生的夫琅和费衍射图样其衍射光路图近似满 足条件： D d
sin 2 I I0 2
B d D
• 式中，d是狭缝宽，D是单缝位置到光电池位置的 距离，x是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的 距离，其光强分布如图2所示。
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实验原理
sin 2 I I0 2
2
x1 x2
x
图2
Biblioteka Baidu
12
实验原理
• 当 相同，即 x 相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强
• 可得b=2 d/L
16
实验原理
• 3．光电检测 • 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的
衍射现象不仅有助于加深对光本质
• 的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基 础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测 量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是 光学精密测量的常用方法。
相等的相干子波源，各子波源在屏上 P 点的振幅 相同，但依次相差一微小相位差
8
实验原理
• N 个 振幅矢量相加，N→∞时，N 个振幅矢量
构成圆弧AB，圆心角等于单缝两边缘光线在P点 的相位差：
• 合振幅 ：
• 即，
• 利用
9
实验原理
• 得衍射场中相对光强 ：
其中
10
实验原理
• 所以垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光 强分布[intensity distribution of light]的 规律为 ：
单缝衍射的光强分布及测量
摘要 本实验利用传统的单缝衍射原理用 较简单的方法测量头发丝的直径。用 振幅矢量法讨论单缝衍射光强分布规
律
1
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。
2
二：实验仪器
一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条 亮线，这时可以认为光线是沿几何直线传播的。
• 次极大[secondary maximum]明纹与中央明纹的相对 光强分别为：
• •
I
= 0.047, 0.017, 0.008, ……
I0
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实验原理
• 2．衍射障碍宽度的测量[measuring] • 由以上分析，如已知光波长，可得单缝的宽度计算
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实验原理
单缝 激光管
硅光电池 光点检流计
图4
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实验原理
• 根据硅光电池的光电特性可知，光电流和入射光能 量成正比，只要工作电压不太小，光电流和工作电 压无关，光电特性是线性关系；所以当光电池与数 字检流计构成的回路内电阻恒定时，光电流的相对 强度就直接表示了光的相对强度。
• 半导体激光器， • 可调宽狭缝， • 硅光电池（光电探头）， • 一维光强测量装置， • WJF型数字检流计， • 米尺（或钢卷尺）， • 测微显微镜， • 小孔屏和WGZ--IIA导轨 • 头发丝
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三：实验原理
• １．单缝衍射的光强分布 • 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。如果障碍物的尺寸与 波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察 到。 • 单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距光源 和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都是球 面波；另一种是夫琅和费衍射，单缝距光源和接收 屏均为无限远或相当于无限远，即入射波和衍射波 都可看作是平面波。
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实验原理
• 在用散射角[scattering angle]极小的激光器 (<0.002rad)产生激光束[laser beam]，通 过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝 后大于0.5m的地方放上观察屏，就可看到衍射条 纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图1所示。
亮
屏
暗
d
x
D
图1
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相同的图样是平行于狭缝的条纹。当 0 时，x 0 ，I I0，
在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；中央 明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。
• 当 K (K 1, 2, ) ，即 KD d 时，I = 0在这些
地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右 对称的分布。中央亮条纹的宽度L可用K 1 的两条暗条纹 间的间距确定；某一级暗条纹的位置与缝宽成反比，当宽到
sin x
D
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实验原理
• 产生暗条纹[dark fringes]的条件是
d sin k
• （k=±1，±2，±3，…）
• 暗条纹的中心位置为
x K D
d
两相邻暗纹之间的中心是明纹中心
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实验原理
• 用振幅矢量法讨论单缝衍射光强分布规律：
• 将波阵面AB分成 N 个等宽条带，构成 N 个振幅
• 由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各 个点位置处的光强，所以在硅光电池前装一细缝光 栏(0.5mm)，用以控制受光面积，并把硅光电池 装在带有螺旋测微装置的底座上，可沿横向方向移 动，这就相当于改变了衍射角
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实验原理
• （2）数字检流计量程分为四档，用以测量不同的光强范围， 使用前应先预热5分钟。
公式为
d KD
x
• 因此，如果测到了第K级暗纹的位置，用光的衍射 可以测量细缝的宽度。
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实验原理
1
2
2a
f
图3
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O P
I
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实验原理
• 这里用下面这种方法测量头发丝的直径： • 用已知波长的平行光垂直入射在单缝上，在距离单
缝的距离为d处测出衍射花样的中央明纹的宽度L （保证d≈1000b：或者d为几米）。则由单缝衍 射原理
• 先将量程选择开关置于“1” 档，“衰减”旋钮置于校准位置 （即顺时针转到头，置于灵敏度最高位置），调节“调零” 旋钮，使数据显示为“-.000”（负号闪烁）。
实验原理
• 当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理 [Huygens-Fresnel principle]，单缝上每 一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。 由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于 单缝的明暗相间的条纹。
• 激光的方向性极强，可视为平行光束；宽度为b的 单缝产生的夫琅和费衍射图样其衍射光路图近似满 足条件： D d
sin 2 I I0 2
B d D
• 式中，d是狭缝宽，D是单缝位置到光电池位置的 距离，x是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的 距离，其光强分布如图2所示。
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实验原理
sin 2 I I0 2
2
x1 x2
x
图2
Biblioteka Baidu
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实验原理
• 当 相同，即 x 相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强
• 可得b=2 d/L
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实验原理
• 3．光电检测 • 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的
衍射现象不仅有助于加深对光本质
• 的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基 础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测 量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是 光学精密测量的常用方法。
相等的相干子波源，各子波源在屏上 P 点的振幅 相同，但依次相差一微小相位差
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实验原理
• N 个 振幅矢量相加，N→∞时，N 个振幅矢量
构成圆弧AB，圆心角等于单缝两边缘光线在P点 的相位差：
• 合振幅 ：
• 即，
• 利用
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实验原理
• 得衍射场中相对光强 ：
其中
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实验原理
• 所以垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光 强分布[intensity distribution of light]的 规律为 ：
单缝衍射的光强分布及测量
摘要 本实验利用传统的单缝衍射原理用 较简单的方法测量头发丝的直径。用 振幅矢量法讨论单缝衍射光强分布规
律
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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。
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二：实验仪器
一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条 亮线，这时可以认为光线是沿几何直线传播的。
• 次极大[secondary maximum]明纹与中央明纹的相对 光强分别为：
• •
I
= 0.047, 0.017, 0.008, ……
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实验原理
• 2．衍射障碍宽度的测量[measuring] • 由以上分析，如已知光波长，可得单缝的宽度计算