单缝衍射与光强测量

单缝衍射与光强分布测量

【实验目的】

1.观察单缝衍射现象。

2.学会测量单缝衍射现象的光强分布状况

【实验仪器】

氦氖激光器，单缝板，计算机，光强接收器。

【实验原理】

衍射现象分为两种：夫琅禾费衍射与菲涅尔衍射，本实验研究的是夫琅禾费衍射

1.夫琅禾费衍射现象

夫琅禾费衍射是远场衍射，就是光源，成像光屏距离单缝无限远，在本实验中，只需近似远即可，就可以达到相同的效果，光屏上会出现明亮相间的条纹。

2.形成条纹的理论分析

从光的本质上来讲，光是电磁波，因此光就会发生干涉，只要相位差固定相同，则就会形成明显的干涉现象，从而形成条纹。现对单缝现象进行定量分析。

假设一束光找到一单缝上，缝宽为b，并设想，此缝就是光源，将此缝分成n等分，则有n个光源，光源间的间隔为∆，则有

b

(n

=)1

-

∆

相邻两个光源间的相位差为

θλπ

ϕsin 2∆=

即如果在A1点发出的扰动为t a ωcos ，则在A2点发出的扰动为)cos(ϕω-t a ，由此可得P 点的合场强为

E=]})1(cos[)cos({cos ϕωϕωω--+⋅⋅⋅+-

+n t t t a

通过计算可以得到上式的值为 E=])1(21cos[2

sin 2sin

ϕωϕϕ--n t n b n →∆∞→∆∞→并保持,和n 当的极限情况下，有

θλ

πθλπϕ

sin sin 2b n n →∆= 又有

n b θ

λπθλπ

ϕsin 2sin 2=∆=

将趋近于零，则

ββλ

θπλθπϕ

ϕ

sin sin sin sin 22sin nA b b na n a E ==≈ 式中 λ

θπβsin A b na

==

因此，有

)cos(sin E βωββ

-=t A

对应的强度分布为

220sin ββI I =

对应的图像为

经计算，中央主极大光强约为次极大的20倍。

【实验步骤】

1. 打开氦氖激光器。

2. 选取衍射效果较好的缝，一般是最窄的那一条，使得激光经过单缝产生衍射图样，此

时的光强太强，需减弱光强，第一步是使用无焦系统，使得激光扩束，第二步是，使

用偏振片，旋转偏振片，改变光强。

3.打开光强接收器的盖子，在计算机上观察图样，调节偏振片，使得光强减弱，使得显

示屏上只出现中央明纹与次极大即可。

4.使用软件，进行分析，拟合，得出数据。

【实验分析】

得到数据，利用origin进行拟合得出光强分布图

此实验得到的误差误差不大，基本与理论值符合。

如果此实验的误差比较大，可能的原因是：

1.缝的宽度没有选择好，导致第一，第二主极大过于靠拢，从而分辨不清。

2.光的强度没有调节好，导致接收器不能很好地分辨，从而导致误差。