单缝衍射光强分布研究 教学目的 1、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；2、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； 3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。

重点：sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用 难点：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 讲授、讨论、实验演示相结合 3学时 一、实验简介 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。

衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动 是受测不准关系制约的。

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 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）的实验基础。

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 代技术中常用的光强测量方法之一。

二、实验目的1、学会sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法；2、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； 3、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； 4、学会用衍射法测量狭缝的宽度。

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时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等， 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[single-slit diffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射[fresnel diffraction]，单 缝距离光源和接收屏[receiving screen]均为有限远[near field]，或者说入射波和衍射波都 是球面波；另一种是夫琅禾费衍射[fraunhofer diffraction]，单缝距离光源和接收屏均为 无限远[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。

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，禾费衍射条纹，如图1所示。

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。

激光的方向性强，可视为平行光束。

宽度为d的单缝产生的夫琅禾费衍射图样 [pattern]，其衍射光路图满足近似条件： sin????x d?d??d? 产生暗条纹[dark fringes]的条件是： （1） dsin??k? ?k??1,?2,?3,?? 暗条纹的中心位置为： x?k?d d（2） 两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心[center of brightfringes]。

由理论计算可得，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： 式中，d是狭缝宽[width]，?是波长 d是单缝位置到光电池[photocelll] i(x) 如图2所示。

当?相同，即x到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。

当??0时，?10 12 x10 图2 x 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[central main maximum]；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x?k?d 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?x可用k??1的两 条暗条纹间的间距确定，?x?2?d d；某一级暗条纹的位置与缝宽d成反比，d大，x小，各级衍射条纹向中央收缩；当d宽到一定程度，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： （4） 2、衍射障碍宽度d的测量 由以上分析，如已知光波长?，可得单缝的宽度计算公式为 d?k?d （5） x因此，如果测到了第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 理，如已知单缝的宽度d，可以测量未知的光波长?。

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。

当在小孔屏位置处放上硅光电 单缝 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，实验装置如图3所示。

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。

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。

四、实验仪器 sgs-3型衍射光强实验系统：①单色光源：he?ne激光器；②衍射器件：可调单 缝、多缝板、多孔板、光栅；③接收器件：光传感器、光电流放大器、白屏；④光具座： 1m硬铝导轨。

附1：二维调节滑动座 这是光具座上使用的一种有特殊装置的滑动座，4个旋钮分列两侧，其中一侧有3 个，上方的用于调节光学器件（如狭缝）在竖直平面内的转角，使器件铅直，中间的用 于横向调节；下面的用于锁定滑动座在导轨上的位置。

附2：移动测量架 主要机构是一个百分鼓轮控制精密丝杠，使一个可调狭缝往复移动，并由指针在 直尺上指示狭缝的位置，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 周，狭缝移动1mm，所以鼓轮转动一个小格，狭缝（连同光电探头）只移动0.01mm。

附3：光传感器 主要由硅光电探测器用于相对光强测量，波长范围：200－1050nm。

附4：数显光电流放大器 通过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 实验中使用。

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 钮。

如遇较高光强超出增益调节范围而溢出（窗口显示“1”），可酌情减小增益或减小 狭缝宽度，以恢复正常显示。

五、实验内容与步骤 按图4安装好各实验装置。

开启光电流放大器，预热10－20分钟。

图4 1－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， 7－数字检流计篇三：电子衍射实验报告 电子衍射实验报告一、 目的：通过实验，验证德布罗意波。

二、 原理：由德布罗意公式 h? （1） 式中?单位是埃；v是加速电压，单位是伏特。

晶体对电子波衍射的关系式由布拉格定律给出： 2dsin??n? （2） 式中n代表以整数表示的衍射级数，d是晶面间距，?为掠射角。

设一束电子透过多晶样品，产生的衍射环半径为r，散射角为2?，样品到荧光屏的距离为d（见图1）。

有 d?tg2??r （3） 因?很小，tg2??2sin? 代入（2）式得 rd??d（4）对立方晶系 有d?a （5）ar?由（4）、（5）式得： ??d 11 (6) 图1 三、 实验仪器：df-8型电子衍射仪 四、 实验数据 （金属样品到荧光屏距离 d＝259mm?5mm） （样品为多晶金au 晶格常数a＝4.0786?） 说明：由多次实验求出的晶格常数相加求平均值与金的晶格常数对比验证。

2 篇四：x射线衍射实验报告 x射线衍射实验报告 摘要： 本实验通过了解到x射线的产生、特点和应用；理解x射线管产生连续x射线谱和特征x射线谱的基本原理，了解d8xx射线衍射仪的基本原理和使用方法，通过分析软件对测量样品进行定性的物相分析。

关键字：布拉格公式 晶体结构，x射线衍射仪，物相分析 引言： x射线最早由德国科学家w.c. roentgen在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿透性，又因x射线是不带电的粒子流，所以在电磁场中不偏转。

1912年劳厄等人发现了x射线在晶体中的衍射现象，证实了x射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm到10–2nm之间，与晶体中原子间的距离为同一数量级，是研究晶体结构的有力工具。

物相分析中的衍射方法包括x射线衍射，电子衍射和中子衍射三种，其中x射线衍射方法使用最广，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射仪法。

实验目的：1. 了解x射线衍射仪的结构及工作原理2. 熟悉x射线衍射仪的操作3. 掌握运用x射线衍射分析软件进行物相分析的方法 实验原理： （1） x射线的产生和x射线的光谱 实验中通常使用x光管来产生x射线。

在抽成真空的x光管内，当由热阴极发出的电子经高压电场加速后，高速运动的电子轰击由金属做成的阳极靶时，靶就发射x射线。

发射出的x射线分为两类：（1）如果被靶阻挡的电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱的辐射。

这种辐射叫做轫致辐射；（2）当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的、只有几条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。

对于特征x光谱分为 （1）k系谱线:外层电子填k层空穴产生的特征x射线kα、kβ… （2）l系谱线:外层电子填l层空穴产生的特征x射线lα、lβ…如下图1 图1 特征x射线 x射线与物质的作用 x射线与物质相互作用产生各种复杂过程。

就其能量转换而言，一束x射线通过物质分为三部分：散射，吸收，透过物质沿原来的方向传播，如下图2，其中相干散射是产生衍射花样原因。

图2 x射线与物质的作用 晶体结构与晶体x射线衍射 晶体结构可以用三维点阵来表示。

每个点阵点代表晶体中的一个基本单元，如离子、原子或分子等。

空间点阵可以从各个方向予以划分，而成为许多组平行的平面点阵。

因此，晶体可以看成是由一系列具有相同晶面指数的平面按一定的距离分布而形成的。

各种晶体具有不同的基本单元、晶胞大小、对称性，因此，每一种晶体都必然存在着一系列特定的d值，可以用于表征不同的晶体。

x射线波长与晶面间距相近，可以产生衍射。

晶面间距d和x射线的波长的关系可以用布拉格方程来表示 2dsinθ＝nλ 根据布拉格方程，不同的晶面，其对x射线的衍射角也不同。