竭诚为您提供优质文档/双击可除单缝衍射光强的分布测量实验报告篇一：衍射光强分布测量衍射光强分布测量***，物理学系摘要：本实验利用激光为光源研究激光经过单缝与单丝时的衍射光强度分布情况。

激光的高准直性符合夫琅和费远场条件，且高单色性保证测量时没有不同波长光的叠加影响。

光感应器方面使用光栅尺与电脑连接做0.02毫米/点的高精度自动扫描。

通过巴比涅原理迂回得到了没有直射光时单丝的衍射光强分布，完整验证了运用衍射光强分布来测量小微物体的长度的方法和可行性，并实际运用此法测量了铜丝和头发丝的直径。

关键词：衍射分布巴比涅原理单缝直径测量ThemeasurementoftheDistributionofLightDiffraction YixiongKeYiLin,DepartmentofphysicsAbstarct：Thisexperimentmadeuseoflaserasthelightsourcetoverif yaseriesofdiffractionpatternsof633nmlaserviadiffere ntsingleslitsandmonofilaments.Thecollimationfeature ofthelasermeetstheconditionofFraunhoferdiffraction, themonochromicfeatureoflaserprovideabetterexperimen talenvironmentthatthediffractionpatternwon`tbeinter ferebythelightofotherwavelength.weuselinearencorder connectedtopcviauLI(universalLaboratoryInterface)as thesensortoautomaticallyscanthediffractionpatternwi ththeratioof0.02mmperdot.weusebabinet’sprincipletogetthediffractionpatternofamonofilament p letelyverifiedthemethodandfeasibilityofmeasuringati nyobjectwithitsdiffractionpattern.Inaddition,wetryt omeasurethediameterofacopperwireandpeople’shairinthiswayKeywords:Diffractiondistributionbabinet`sprinciplesingleslitsmeasureDiameterofthewire1一、引言衍射是波遇到障碍物时便利直线传播的现象。

通常光的衍射现象难以观察与测量，难点在于很难做到光的单色性导致各个波长光互相叠加难以辨别。

实验室中激光由于其高准直性与高单色性而非常适合用于衍射现象的研究，准直性符合夫琅禾费衍射中的远场条件，单色性使我们能得到严格单一波长光的衍射图像而非数个波长的叠加。

实验室使用的衍射光强自动记录仪（以下简称光栅尺）使我们能非常方便地自动扫描高达0.02毫米每点的光强度分布曲线，实现了光学实验结果便捷、准确的数字化处理。

通过对微小物体造成的衍射图样的分析，可以测量得到微小物体的几何尺度，甚至几何结构。

大名鼎鼎的DnA双螺旋结构就是通过对x光衍射图像分析而完成的生命科学史上的巨大突破。

二、实验原理1．衍射衍射是波遇到障碍物是偏离直线传播的现象，出现明显衍射现象的条件是障碍物或狭缝尺寸与光波长所在数量级相近。

因此对于波长在数百纳米的可见光来说，在日常生活中能够观察到的衍射现象较少，明显的衍射图样需要在实验室中进行观察与研究。

2．菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射菲涅尔衍射是指点光源或接收屏距离衍射缝有限远的情况（近场条件）。

在此条件下光源发出的光到衍射缝有一个不可忽略的张角，即衍射屏中心与衍射屏边缘处存在着不可忽略的光程差，这种衍射情况叫做菲涅尔衍射。

夫琅禾费衍射是点光源和接受屏距离衍射缝均无限远的情况，通常可用平行光或透镜等效实现这一条件，在此条件下衍射缝宽度范围内的入射光可以认为不存在光程差而等相位，这种衍射情况叫做夫琅禾费衍射。

3．高斯光束激光器出射的激光的电磁场及照射强度分布近似满足高斯函数，因此激光出射光束在不可以简化为平行光时也可用高斯函数来更为精确地描述，其中激光束的参数有束腰2夫琅禾费衍射宽度ω0（即光束直径最小值）瑞利距离Z??(Z??= ω02??)。

由此可用公式描述非束腰处光束宽度ω(Z)=ω01+??。

这在激光束并不能很好地近似为平行光时是一个很方便??的近似处理方式，在本试验中由于无法测定光束束腰宽度且激光束发散相当明显几乎相当于一个恒定张角发散的点光源，因此高斯光束的近似处理精度远超出了本实验中其他部分的精度，在本实验中仍认定激光束是平行光。

4．巴比涅原理巴比涅原理针对互补屏衍射的情况，它指出互补屏造成的衍射场中的复振幅之和等于自由波场的复振幅。

也就是说，除几何像点的地方之外，两个互补屏平面产生的衍射图样完全一样。

5．单缝、单丝衍射原理：如右图所示，a为单缝宽度，缝和屏之间的距离为V，θ为衍射角，其在观察屏上的位置为x，x离屏幕中心o的距离=θ×V，设光源波长为??，则有单为缝夫琅禾费衍射的光强公式为：sinα2I??=I0α=πa×sinθ/??（1）式中I0是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。

若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中则所成函数图象大致如右图。

除主极强外，次极强出现在dαdsinαα=0的位置，它们是超越方程α=tanα的根，其数值为：α=±1.43π±2.46π±3.47π……对应的θ值为sinθ=±1.43??a±2.46??a±3.47??a……可以近似为当角度很小时，满足sinθ≈θ，则=θ×V=±1.43v??a±2.46v??a±3.47v??a……因而我们可以通过得出函数中次级强的峰值的横坐标之差来确定狭缝的宽度a。

3而对于单丝，巴比涅原理指出单丝与单缝除几何像点之外其他的部分完全相同，因此在不考虑主极大的情况下，单丝与单缝图案将完全一样。

6.多缝衍射和干涉原理多缝衍射的示意图如上图，每条缝的宽度为a，两条缝的中心距离为d，其中的每个单缝的衍射光强强度都和之前的单缝衍射光强公式一致。

多缝衍射与单缝的最大区别在于缝之间存在着干涉，如上图所示，对相同的衍射角θ，相邻两缝之间的光程差为?L=d×sinθ,如果缝的数目为n，则干涉引起的强度分布因子为：(其中πdsinθ右图为干涉因子的函数曲线，其特点是：β=①主极强的位置与缝的数目n无关，只要β=kπ(k=0,±1,±2…)即满足sinθ=k??/d就能出现主极强。

此时sinnβ=0sinβ=0,但sinnβsinβsinnβ2)=n②次级强的数目为n-2，当sinnβ=0sinβ≠0时，sinβ=0，即出现强度为0的点，也就满足：mmβ=k+×πsinθ=k+×??/d式中k=0,±1,±2…;m=1,2,3,…n?1在同一k之内共有n-1个零点，即有n-2个次级大。

同时上式也说明n越大，主极强的角宽度越小，峰越锐。

多缝衍射的强度受单缝衍射和多缝干涉共同影响，其强度公式为sinα2sinnβ2Iθ=I04sinnβ其中α=πa×sinθ/??β=πdsinθ??其函数图像就是单缝衍射函数图像和干涉因子的函数图像的合成，如下图由于实验仪器仅提供一维扫描，故圆屏圆孔实验不进行，此处也不加赘述。

三、实验装置及过程1．打开激光器预热，调整光具座水平，调节各元件高度位置（依次分别为激光器，衍射片，光强分布自动记录仪），使其同轴，并使得激光器差不多对准自动记录仪的中心；打开电脑熟悉软件使用方法和操作技巧。

2．分别用可调节宽度光缝，固定宽度单缝、单丝片，未知直径的铜丝、头发、多缝片作为衍射障碍物置于光具座上，调整衍射障碍物竖直于光轴，从光具座上读出衍射障碍物与感应器的距离L(由于感应器位于光具座零点之后约5厘米处，此后的数据均会+5cm校正)，用白纸检验衍射图像与感应器移动方向水平，以减少误差。

3．用电脑操作感应器进行自动扫描，最终得到位置-光强度值的数据对应值。

①可调节光缝：需要使用平面镜进行自准直调节，缝宽度需要校准。

②固定单缝与单丝：衍射片本身能进行部分反射，因此可直接进行自准直调节，但注意到若衍射片平面完全垂直于激光，激光将在衍射片与激光器激光出射孔间来回反射使衍射屏上有多个激光光点，影响光强测量。

因此实际实验时我们将衍射屏在竖直方向上略微倾斜了一点使得不会出现来回反射的现象。

③铜丝和头发：用透明胶将铜丝和头发固定在光具座上，调整铜丝和头发的方向，使得衍射图像与感应器移动方向水平。

④多缝片：与单缝片一样测量，仅作对比比较。

5篇二：大物实验3光学实验单缝衍射光强分布以及缝宽测定李六六一，引言光的衍射是光波动性的证明，同时衍射现象也有很多的实际应用，如测量微小的间隔，位移和尺寸等。

计算衍射要取近似，其中夫琅禾费衍射是一种较简单的近似，要求光源得到接收屏和衍射屏都是无限远，衍射图样为明暗相间的条纹且不随距离的改变而改变，通过测量光强分布曲线可以得到缝宽等信息。

光源的亮度，并和缝宽a的平方成正比。

⑵当??k??k??1,?2,?3,??，也就是asin??k?时，I0?0，衍射光强有极小值，二，实验原理夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射。

实验中可对应于屏幕上的暗纹。

由于?很小，故??k?/a，则主极大两侧暗纹之间的角宽度2?/a，其他相邻暗纹之间的角宽度为/a。

⑶除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，可以求得其次级大的位置出现在sin1.43,?2.46,?3.47?位置，aaa其相对光强依次为I?/I0?0.047,0.017,0.008?。

夫琅禾费单缝衍射光强的分布曲线如图2.2所示。

图2.1借助两个透镜来实现。

如图2.1，光由宽为a的单缝发出后在屏幕上形成衍射图像，由夫琅禾费衍射，可以得到以下关系式：I??I0sin2?,???2?asin?。

?图2.2⑴当??0，即??0时，I??I0，衍射光强有最大值，称为主极大，I0的亮度取决于三，实验器材光具座，半导体激光器（波长650nm),可调单狭缝，光电池及测距支架，光点检流计，投影仪，滤镜。