单缝衍射的缝宽及测定刘冉

单缝衍射的光强分布及缝宽测定刘冉（2012301020081）物理科学与技术学院物基二班【摘要】本实验主要是为了通过观察单缝的夫琅和费衍射现象及其随单缝宽度变化的规律，加深对光的衍射理论的理解。另外，在实验中还可以学习光强分布的光电测量方法以及利用衍射花样测定单缝的宽度。【关键词】单缝衍射；光强分布；光电流；缝宽TheLightintensitydistributionoftheSingle-slitdiffractionandtheSeamwidthdetermination【Abstract】Themainpurposeofthisexperimentistoobservethesingle-slitFraunhoferdiffractionphenomenonandtomeasurethedistributionoflightintensity.What’smore,wecanlearnthewaytomeasurethedistributionoflightandhowtodeterminethewidthoftheslitbythepatternsofthediffraction.【Key】Single-slitdiffraction;Lightintensitydistribution;photo-current;theseamwidth一、引言单缝衍射的基本解释是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。而夫琅禾费衍射是指光源、衍射屏和观察屏三者之间都是相距无限远的情况（本实验可近似地看成夫琅禾费衍射）。即当入射光和衍射光都是平行的情况，其图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中央主极大外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远，光强越小。二、理论分析借助两个透镜，本实验可近似看做夫琅禾费衍射。当激光照射在单缝上时，根据惠更斯——菲涅耳原理，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。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的规律为202sin,dIIBxBD式中，d是狭缝宽，是波长，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，其光强分布如图三、试验方法与结果本实验使用He-Ne激光作光源，因为He-Ne激光束具有很好的方向性，光束细锐，能量集中，加之一般衍射狭缝宽度很小，故准直透镜L1可忽略不用。若将观察屏放在距单缝较远处，则聚焦透镜L2也可以忽略不用。实验装置如下图：1.开启激光，调节光路至测量状态，实验中取缝宽为0.23dmm，使用的是HeNe激光源，其波长为632.8nm，因此理论上的单位角宽度为32.710/radd2.测量夫琅和费单缝衍射光强分布，旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池的进光孔从左到右逐点扫描，每隔1mm记录一次光电流值，并注意记录主极大和各级次极大和极小值。记录的表格如下所示。图中没明确指出极大极小，但是很容易判断出来所以省略不注明。3.实验结果如图：0102030402530354045505560xI系列1四、实验结果分析0.506500.122Lmmmammk-3-2-10123/xmm34.0036.5039.0043.5047.5050.5053.501.43(650,0.50)0.1241.6%ZammZmxmmaaa1.实验结论夫琅和费单缝衍射图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中央主极大之外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远，光强越小。我们可以通过测量各处光电流的大小研究光强的分布，并通过光强分布的信息测量单缝宽度。2.误差分析电流不稳定导致激光器光强不恒定。光轴与光电池平面不是完全垂直，导致光强不是对称分布。螺旋测微器读数可能发生误差。寻找极大值时极大值不是在一个确定的点，而是在一个区域中。光电池的读数可能发生误差。【参考文献】［1］周殿清，张文炳，冯辉，基础物理实验[M]。北京：科学出版社，2009