衍射光强实验报告资料

1、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；
、学会使用衍射光强实验系统，并能用其测定单缝衍射的光强分布；
、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用
1）激光光线与光电仪接收管共轴调节；2）光传感器增益度的正确调整

学时

衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动
因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是




、学会SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法；
、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解；
、学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；
、学会用衍射法测量狭缝的宽度。

、单缝衍射的光强分布

产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么

[single-slit diffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射[Fresnel diffraction]，单
[receiving screen]均为有限远[near field]，或者说入射波和衍射波都
[Fraunhofer diffraction]，单缝距离光源和接收屏均为
[far field]或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
[scattering angle]极小的激
(<0.002rad)产生激光束[laser beam]，
0.1～0.3mm宽），
0.5m的地方放上观察屏，
1所示。
[Huygens-Fresnel principle]，单
由于子波迭加的结果，在屏

d的单缝产生的夫琅禾费衍射图样
，其衍射光路图满足近似条件：
xsin dD
[dark fringes]的条件是：
dsin ,3,2,1k （1）

Dkx （2）
[center of bright fringes]。
[intensity
的规律为：

d是狭缝宽[width]，是波长[wavelength]，
是单缝位置到光电池[photocelll] 位置的距离，x是从

2所示。
相同，即x相同时，光强相同，所以在屏上得
0时， 220sinII dDx屏亮暗图1 sind （3） x2x1x10Ix()
10x图2 220sinII 2
x，
II，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大[central main
；中央明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。
,2,1kk，即
Dkx时，0I，在这些地方为暗条纹。暗条纹是
x可用1k的两
2Dx
；某一级暗条纹的位置与缝宽d成反比，d大，x
d宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中

[secondary maximum]明纹与中央明纹的相对光强分别为：
、衍射障碍宽度
的测量
，可得单缝的宽度计算公式为
Dkd （5）
k级暗条纹的位置x，用光的衍射可以测量细缝的宽度d。同
，可以测量未知的光波长。
、光电检测

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，
是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用






3所示。

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 ,008.0,017.0,047.00II （4） 激光管单缝硅光电池图3


(0.5mm)，用以控制受光面积，并把硅光电池装在带有螺旋测微


型衍射光强实验系统：①单色光源：NeHe激光器；②衍射器件：可调单
③接收器件：光传感器、光电流放大器、白屏；④光具座：
硬铝导轨。
1：二维调节滑动座
4个旋钮分列两侧，其中一侧有3



2：移动测量架

狭缝前后分别有进光管和安装光电探头的圆套筒。鼓轮转动一
1mm，所以鼓轮转动一个小格，狭缝（连同光电探头）只移动0.01mm。

3：光传感器
200－1050nm。
4：数显光电流放大器
XS12K3P接插件（航空插头）与光传感器连接，可在与测量相对光强有关的
该仪器操作简便，前面板上除数字显示窗和开关外，只设一个增益调节旋
1”），可酌情减小增益或减小



4安装好各实验装置。开启光电流放大器，预热10－20分钟。
－激光器，2－单缝，3－光导轨，4－小孔屏，5－光电探头，6－一维测量装置，
－数字检流计 1 2 3 4 5 6 7 图4


、转动测量架上的百分手轮，将光电探头调到适当位置
、调节激光器水平
1）将移动光靶装入一个有横向调节装置的普通滑座上。移动光靶，使光靶平面

2）接通激光器电源，沿导轨来回移动光靶，调节激光器架上的六个方向控制手

、取下光靶，装上白屏

850mm左右（注：由于光传感器接受面距导轨上的刻度尺有一固定距离，
60mm）。




、取下白屏，接通光电流放大器电源

1，说明光能量太强，应
1）逆时针调节光电流放大器的增益，建议示值在1500左右
2）调节光传感器侧面的测微头，减小入射面到接收面上的能量

、按直尺和鼓轮上的读数和光电流放大器数字显示，记下光电探头位置和相对光

、在略小于中央主极大处开始记录数据
0.1mm（百分鼓轮上的10个格），记录1次数
0-2级极大和1-3级极小为止。

10-20min预热，可会好些。实际上，接收装置显示数值的起伏变化小于10％时，对

、数据记录表格（m9108.632）
标
x 相对强度 I
坐 标mmx 相对强度 I 坐 标mmx 相对强度 I 坐 标mmx 相对强度 I
29 44.8 865 48.6 141 52.4 16
34 44.9 962 48.7 93 52.5 17
38 45.0 1046 48.8 59 52.6 19
52 45.1 1143 48.9 39 52.7 21
60 45.2 1227 49.0 26 52.8 23
68 45.3 1324 49.1 20 52.9 26
74 45.4 1412 49.2 17 53.0 28
78 45.5 1512 49.3 15 53.1 29
82 45.6 1604 49.4 17 53.2 29
85 45.7 1677 49.5 20 53.3 32
86 45.8 1730 49.6 25 53.4 32
87 45.9 1777 49.7 32 53.5 33
84 46.0 1820 49.8 39 53.6 34
78 46.1 1854 49.9 48 53.7 33
71 46.2 1863 50.0 55 53.8 32
63 46.3 1864 50.1 63 53.9 30
54 46.4 1853 50.2

69 54.0 30
44 46.5 1832 50.3 73 54.1 29
35 46.6 1795 50.4 76 54.2 26
28 46.7 1749 50.5 78 54.3 23
22 46.8 1697 50.6 77 54.4 22
18 46.9 1622 50.7 74 54.5 20
16 47.0 1540 50.8 69 54.6 18
16 47.1 1440 50.9 64 54.7 17
20 47.2 1346 51.0 58 54.8 16
26 47.3 1260 51.1 52 54.9 15
39 47.4 1157 51.2 46 55.0 14
64 47.5 1045 51.3 40 55.1 14
88 47.6 927 51.4 33 55.2 14
135 47.7 826 51.5 28 55.3 14
180 47.8 721 51.6 24 55.4 15
226 47.9 636 51.7 20 55.5 15
290 48.0 548 51.8 18 55.6 15
375 48.1 465 51.9 16 55.7 16
447 48.2 395 52.0 15 55.8 16
549 48.3 318 52.1 15 55.9 19
669 48.4 252 52.2 14 56.0 19
771 48.5 194 52.3 14 56.1 20
、数据处理
）按测得的数据画出相对光强I与被测点到中央级的距离x的函数关系曲线
）从图中找出极大值和极小值的位置，以及各极大值对应光强值，列出表格
极大值 极小值
0 1 2 1 2 3
x 46.25 50.55 53.6 49.35 52.25 55.15
I 1864 78 34 15 14 14
1－3级暗条纹与中央主极大之间距离
0.175mm
d，mmD850，m7108.632，根据公式dDkx
1－3级暗条纹与中央主极大之间距离的计算值：
mm
Dx07.310175.010850108.6323391级计
mm
Dx15.610175.010850108.632223392级计
mm
Dx22.910175.010850108.632333393级计
－3级暗条纹与中央主极大之间距离的测量值：
mmx10.325.4635.49
级测 030060090012001500180030.035.040.045.050.055.060.0坐标X(mm)相对强度I
mmx00.625.4625.52
级测
mmx90.825.4615.55
级测
－3级暗条纹与中央主极大之间距离的百分误差比为：
%98.0%100
.310.307.3%100
111级计级测级计级xxxE
44.2%100
.600.615.6%100
222级计级测级计级xxxE
%47.3%100
.990.822.9%100
333级计级测级计级xxxE
1－2级明条纹与中央主极大之间的相对光强比
－2级明条纹与中央主极大之间的相对光强比的测量值：
.0
78
11测测测IIA 018.0186434022测测测IIA
－2级明条纹与中央主极大之间的相对光强比的理论值：
.0
理A 017.02理A
－2级明条纹与中央主极大之间的相对光强比的百分误差比为：

%64.10%100
.0042.0047.0%100
111理测理级AAAE
88.5%100
.0018.0017.0%100
222理测理级AAAE
）计算狭缝宽度d
级暗条纹与中央主极大之间距离的测量值mmx10.3
级测，根据公式xDkd可

mm
Dd174.01010.31085010632.833-9
级测计
0.175mm
d，则狭缝宽度的百分误差比为：
%57.0%100
.0174.0175.0%100
计测dddE

、单面测微狭缝不允许超过零位，以保证刃口不被损坏。
、光传感器对光非常敏感，不允许用激光器或其他强光照射。
、激光器电源的正负极不允许错接。激光管两端的高压引线头千万不要拔出，激

、激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭永久性损伤。
、测量过程中要防止回程误差。即测量开始时，应将百分鼓轮按原方向转几圈，
测量过程中

百分鼓轮只能沿一个方向旋转，一旦反转，数据无效， 须

、保护光学元件的光学表面，不得触摸光学元件的光学表面。
、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关机。

、简要说明本实验的作用及在近代光学技术中的地位。
、简要介绍本实验内容、原理，主要包括：
）衍射产生的条件及衍射条纹的获得；
）单缝夫朗禾费衍射满足的条件，光强的计算公式，理论的光强分布曲线。
、仪器结构及使用说明
）激光器的结构及使用注意事项；
）一维光强测量光具座和光电流放大器的结构及使用注意事项。
、单缝衍射的调节及光强分布的测量
）讲解和演示操作步骤
）分析说明容易出现的错误，如：

导致调平困难。所以利用白屏调节激光束是否进入光电探头的进光口，这样


造成测的数据误差过大。所以要适当调节增益，减少广电探头进光口狭

、强调实验结果的误差分析以及课后思考题的解答要求

、激光器输出的光强如有变动，对单缝衍射图样和光强分布曲线有无影响？具体

（1）对单缝衍射图样无影响。因为kdsin，而sin，则
k。在
、k和相同时，相等，与光强无关，各级条纹位置不变，衍射图样不变。
2）对光强分布曲线有影响。因衍射角并不变动，即
x不变化，光强
而纵坐标变化，则光强分布曲线一定变化。但激光器的功率输
10％时，对光强分布

、如以矩形孔代替单缝，其衍射图样在长边方向展开得宽，还是在短边方向上展

k，衍射角与单缝宽度d成反比。缝


1、实验操作评分标准
1、按规定完成预习任务。（5分）
、测量原理清楚、激光器连线、使用正确。（10分）
、实验操作规范、准确。（15分）
、干涉条纹质量高。（20分）
、测量数据合理、记录科学。（35分）
、在规定时间内完成实验项目。（10分）
、仪器收拾整齐，仪器使用记录填写完整。（5分）
2、实验报告评分标准
、实验名称、目的、仪器、原理的表述是否完整、合理。（15分）
、实验内容与步骤的描述是否清晰、完整、正确。（15分）
、数据记录是否完整、准确，数据处理是否正确、清楚、详尽，误差是否在允
（40分）
、实验结果分析是否正确、合理，有无改进建议。（10分）
、完成老师指定的思考题。（10分）
、文字、图和表格是否清楚、工整。（5分）
、是否及时提交实验报告。（迟交一周扣5分）

、实验操作、实验报告评分以等级的形式给出：A（95分），A（90分），_A
85分）；B（80分），依此类推，D为不及格。
、有下列情况实验成绩将作调整：
）实验有新发现，见解独特、有创新，

实验成绩评定后，提高一档。
）迟到,操作成绩降一档。
）缺席，该次成绩按0分记。
）无故迟交报告，实验报告成绩降一档。
） 篡改实验数据，实验操作或实验报告成绩降一档。
）抄袭报告或数据、实验成绩为0分。