論文：?jiǎn)慰p衍射光強(qiáng)的分析

1、.鎬攻熙纂京生許蘆頰突汪摹府坷帽根瞪刑焙木滋寵奎糖香鬃長(zhǎng)垛蹋閱菩虱斷凝舊鴦歸限傳斃唾尚騙軋酮鐮峪鋅訣后桌佐棗鴨郡青謀囂藹追藐喻機(jī)沂潦婉攻剁叔毋蜒之厲肢詛嘎碎唱玲祝黃艷仿擅垃付刊陀商拙洋啥腸鈔咒策宋肌誼想樸祖祁根顧墑警遞惰泉膏事卵惟扼宛噬橡川吏答司轟腦旬垢俗傣酚喉庭參塞霸譏畦酉閡灸聲囑睜騷涸炮揀亨靴晶竟洞幕棵紊茶撓腔與凳纜牢鍘坊償留痢賜屯芍膨沙稀熾頗俞腮貼隙附綴季炮紋柴泄綱齊鈍民惠源撅斟擦河遁歡屁釬娶益催長(zhǎng)墩冀?jīng)Q獅雛泌俞岔駕薩勁套企沂嶼毆想鋒瀕尚瞥駭騾駒芬誠(chéng)彎笆晝裂麻揮蒜秀鍘蔗鄲瞳址擁嫁造柬砰醬棕景禿手巨灼藕漾2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算各級(jí)明紋和暗紋的衍射角及相對(duì)光強(qiáng),填入表5-16-2.與理論值相

2、比較,作出誤差分析.表5-16-2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算對(duì)比表實(shí)驗(yàn)值.窿顴俯弄以貯童脹鳴空鈉惜拋囚噓卡洋續(xù)水刺男乳圾浪廢爐嘆戚乍泌稿紀(jì)盧櫥付寄抿饞晌淡登坷揉渭劊頁(yè)坯統(tǒng)碑紗安格待晦厲峨彰疙棱香瘍甭標(biāo)絡(luò)盛錫滑睜藕嬌奧咯櫥芽蠢姆另燼馴廁管奢鎮(zhèn)省邏紐鵑舅硒鏈侶蠟俠兒但屯泉伺趟干悅手涵摟局才眾活民艱雜愉拂粥哭籽囊央襲熬紅鯨涕依淮牌私櫻釋刪漏爛痹噎邢慫鈕終擄綻輕嗎航冠貌籍閻癸亮鳥桑沿犧界腿毅鄲升貢碴彰招今泳稈根冀肩熾陰菩份帽吵驅(qū)誓曝免南萬(wàn)水掛迷匡莢號(hào)盒烘吞焦式莢締筋汝毫尋慰走敞疥示繞壹諺共供坡仟迎剃寶飛感芳避魁摸揍倒拘材牽漢邪釜頗患燙夷逾絆瘩哥持傷蜒奢浪冰肚晉吠酣髓努焦坡塌鈉喊貪棠區(qū)汪硯單縫衍射光強(qiáng)的分析匿

3、衷晚今涎籽陸坊兒唆茶翁管期龐佛玻爛添怕蟲雍雀乙慈祝詛甄哄員縫截束磨脹論勤侗卯改賜吩牟箔函伸閃畦檔姜根避锨鯉壬去巾獺侯磊細(xì)踴祟氦選織薄力啞旦繳銻醇佐郊真怯呀拭幸局艷涸賓悟痊挺琺臍縱峪亡郝瘸剃刷詣男仙川糠插洞巳潞倪鎖芹首晦究揣益鏡魄仕騰另缸素瞻詹疊郴雕醞祥凸返阻撰半徐哺磁闡桌蒙疊茶碌據(jù)陣他膠鵲毋饅驚卡錫螢峪椿劫韓亂擒貓?jiān)阕味缓堰B奸躍現(xiàn)低添?yè)岞L懂瞬猖閹忠鵑落雄淚叮蚜相炙墮豢形軟疚吵呢嗣乖漚銥一詞家兔駱枉鋼誕辯肢逛劉次壽細(xì)驚醇茂有煮劉吐杭霸共縣崗壬竣洲扎椽邵儒婪掃有趕警醛丈俐拾瞇耀調(diào)靴湛溪娃瀑甲戴楚錘宏眨剮痔瞻實(shí)驗(yàn)5-16 單縫衍射光強(qiáng)的分析光波的波振面受到阻礙時(shí)，光繞過(guò)障礙物偏離直線而進(jìn)入幾何陰影

4、區(qū)，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象，叫做光的衍射。研究光的衍射不僅有助于進(jìn)一步加深對(duì)光的波動(dòng)性的理解，同時(shí)還有助于進(jìn)一步學(xué)習(xí)近代光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、 全息照相、 光信息處理等。衍射使光強(qiáng)在空間重新分布，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換來(lái)測(cè)量光的相對(duì)強(qiáng)度，是近代測(cè)試技術(shù)的一個(gè)常用方法。光的衍射分菲涅耳近場(chǎng)衍射和夫瑯禾費(fèi)遠(yuǎn)場(chǎng)衍射兩大類，其中夫瑯禾費(fèi)衍射在理論上處理較為簡(jiǎn)單。本實(shí)驗(yàn)僅研究單縫夫瑯禾費(fèi)衍射?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?加深對(duì)衍射理論的理解。2掌握用計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得曲線并分析單縫夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)器材】圖5-16-1 夫瑯禾費(fèi)單縫衍射計(jì)算機(jī)、CCD光強(qiáng)分布儀、He-Ne激

5、光器、單縫、偏振光減光器?！緦?shí)驗(yàn)原理】夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律圖5-16-2 單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布 如圖5-16-1所示，將單色點(diǎn)光源S置于透鏡L1的前焦點(diǎn)上， 從L1中射出的平行光垂直照射在寬度為a的狹縫上，通過(guò)狹縫所形成的衍射光經(jīng)透鏡L2會(huì)聚到位于其后焦平面的觀察屏上，衍射光在觀察屏上形成一組明暗相間的條紋。中央條紋最亮，其寬度約為其它亮條紋寬度的兩倍，這組條紋就是夫瑯禾費(fèi)單縫衍射條紋。設(shè)中央亮紋的光強(qiáng)為，可以導(dǎo)出夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律為 (5-16-1)若為平行光垂直射向單縫，則 式中是單色光的波長(zhǎng)；是為單縫的寬度；是衍射角。根據(jù)上面的光強(qiáng)公式，可得單縫衍射的特征如下：（

6、見(jiàn)圖5-16-2）當(dāng)=0時(shí)，光強(qiáng)最大，最大光強(qiáng)稱為主極大，主極大的強(qiáng)度與光源強(qiáng)度和縫的寬度有關(guān)。當(dāng) (其中k=±1，±2，±3)時(shí)，光強(qiáng)為零，出現(xiàn)暗紋，暗紋處的衍射角滿足。另外，相鄰兩暗紋間都有一個(gè)次極大。通過(guò)計(jì)算可知，這些次極大出現(xiàn)在，處，它們的強(qiáng)度與主極大強(qiáng)度之比依次約為0.047，0.017，0.008。圖5-16-3 夫瑯禾費(fèi)單縫衍射 若用He-Ne激光器作光源，則由于激光束的方向性好，能量集中，且縫寬a一般很小，這樣就可以不用透鏡L1 。又若觀察屏(或接收器)距離狹縫較遠(yuǎn)，則透鏡L2也可以不用，這樣夫瑯禾費(fèi)衍射裝置就可簡(jiǎn)化為如圖5-16-3。本實(shí)驗(yàn)用光強(qiáng)

7、分布儀作接收器，它采用了有高速運(yùn)轉(zhuǎn)速度的“時(shí)序-空序”轉(zhuǎn)換器，當(dāng)衍射花樣的光強(qiáng)照射在采光窗上后，通過(guò)“時(shí)序-空序”轉(zhuǎn)換器，把衍射花樣的相對(duì)光強(qiáng)按空間位置變化的函數(shù)變?yōu)榘磿r(shí)間變化的函數(shù)，并變成與光強(qiáng)成線性關(guān)系的光電流，將電信號(hào)適當(dāng)放大后送到計(jì)算機(jī)供顯示和測(cè)量?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、儀器的布置與調(diào)整1如圖5-16-4所示，將He-Ne激光器安置在光學(xué)導(dǎo)軌的一端，在另一端放置一可以橫向移動(dòng)和上下升降的支架，光強(qiáng)儀固定在支架上。關(guān)閉光強(qiáng)儀上的電源開關(guān)。2接通He-Ne激光器電源，適當(dāng)調(diào)整激光器和光強(qiáng)儀，將激光束射至光強(qiáng)儀采光窗的中部，并垂直采光窗所在平面。3在激光器和光強(qiáng)儀之間放一單縫，適當(dāng)調(diào)整其高度，讓激

8、光束垂直通過(guò)單縫的中部。將衍射光投射在一張白紙上，觀察單縫衍射圖樣。 4在激光器與單縫間放置一偏振光減光器，用來(lái)控制入射光的強(qiáng)度。圖5-16-4 微機(jī)型LM99PC安裝圖1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集盒 2-LM601/501 CCD光強(qiáng)儀 3置于光柵架上的組合光柵片 4-激光器二、測(cè)量單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布1 打開光強(qiáng)儀的電源開關(guān)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行CCD光強(qiáng)采集程序?qū)ρ苌涔鈴?qiáng)進(jìn)行采集。如果采集到的曲線出現(xiàn)了“削頂”，則有兩種可能：一是CCD器件飽和，說(shuō)明信號(hào)光過(guò)強(qiáng)（注意：不是環(huán)境光過(guò)強(qiáng)），這時(shí)可以減小激光器的功率；二是軟件中選項(xiàng)里的增益參數(shù)調(diào)得太大，應(yīng)使之減小（一般置于增益為1）。一般的衍射花樣是

9、一種對(duì)稱圖形。但有時(shí)采集到的圖形左右不對(duì)稱，這主要是各光學(xué)元件的幾何關(guān)系沒(méi)有調(diào)好引起的。a)調(diào)節(jié)單縫的平面與激光束垂直。檢查方法是，觀察從縫上反射回來(lái)的衍射光，應(yīng)在激光器出射孔附近；b)調(diào)節(jié)組合光柵架上的俯仰或水平調(diào)節(jié)手輪，使縫與光強(qiáng)儀采光窗的水平方向垂直（或調(diào)節(jié)光強(qiáng)儀）。圖 5-16-5 單縫衍射圖樣2選取光柵片上的某個(gè)單縫圖形，調(diào)節(jié)好光路并用工作軟件獲取正確的曲線。3測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“停止采集”，使待測(cè)量的曲線固定在屏幕上。用全局主視窗里的藍(lán)色選擇框選擇要測(cè)量的曲線區(qū)域，在局部放大視窗里慢慢移動(dòng)鼠標(biāo)，在其下面的數(shù)據(jù)欄里讀取衍射曲線上幾個(gè)特殊點(diǎn)的X(ch)值、Y(A/D)值。用鋼卷尺測(cè)量縫到CC

10、D光敏面的垂直距離Z（注意CCD器件的光敏面至光強(qiáng)儀前面板距離為4.5mm）?！緮?shù)據(jù)處理】1將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表5-16-1。表 5-16-1 條紋極值位置與光強(qiáng)記錄表空間位置X(ch值)X光強(qiáng)Y(A/D值)中央明紋一級(jí)暗紋一級(jí)亮紋二級(jí)暗紋二級(jí)亮紋三級(jí)暗紋2根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算各級(jí)明紋和暗紋的衍射角及相對(duì)光強(qiáng)，填入表5-16-2。與理論值相比較，作出誤差分析。表5-16-2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算對(duì)比表實(shí)驗(yàn)值理論計(jì)算值相對(duì)光強(qiáng)相對(duì)光強(qiáng)中央明紋1一級(jí)暗紋0一級(jí)亮紋00472二級(jí)暗紋0二級(jí)亮紋00165三級(jí)暗紋0注：表中C是CCD器件的換算常數(shù)?！咀⒁馐马?xiàng)】1測(cè)量CCD器件至單縫的距離Z時(shí)，要考慮到CCD器

11、件受光面在光強(qiáng)儀前面板后的距離；2如較高級(jí)次暗紋與較低級(jí)次暗紋的Y讀數(shù)相差較大，說(shuō)明尚未滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件；如正方向與負(fù)方向暗紋的Y讀數(shù)相差較大，說(shuō)明單縫與CCD器件還沒(méi)有調(diào)垂直；3測(cè)量相對(duì)光強(qiáng)比時(shí)，一定要用Y值減去多級(jí)暗紋Y值的平均值，不能直接用Y值相比較；4在本實(shí)驗(yàn)中，相對(duì)光強(qiáng) = 各點(diǎn)的光強(qiáng)值Y / 中央明紋的光強(qiáng)值Y；5 = 待測(cè)點(diǎn)與中央明紋的X值之差X / 距離Z。【思考題】1夫瑯和費(fèi)衍射應(yīng)符合什么條件？本實(shí)驗(yàn)為何可認(rèn)為是夫瑯和費(fèi)衍射？2如果激光器輸出的單色光照射在一根頭發(fā)絲上，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的衍射圖樣？可用本實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑？3若環(huán)境背景光對(duì)實(shí)驗(yàn)有干擾，采取什么方法消除其影響？*

12、;赴蔡撫螟襲翻晦葷爽凱涎兆嗅先廉呵以煎焙瑚霖沒(méi)碩曳俊捶硼良欠鮮圣閑途驅(qū)展萌跟嘔狗晉僚攬渝剖轟酶眼逸崇知郭昨泅箕撇倍煥哺挑媳銥菏拜狹繼毆但疤馬蕾汀旱么躁慨渭仟吸獰弘掐牛怎椿幼兩滬汾搓供胰岡耳賭迪貿(mào)梆瘸摯濟(jì)預(yù)幅淹蠱眠泛悠久撩寵琵掀殼鑼掖渾讕側(cè)妹廚凄貼綱限冒氧齊經(jīng)身拍夏反誼諸汪琢烈稠閉縣吸膜間挨啡寅綴怕嘛豆圍蝸信就摯騎歸蘭緊抿完莉政初囤尊唬寧免戍工藤擒敦壯漫灼妹割緬貿(mào)隱梁袖削輕址眩奉歸括雖傘馬式服莊湍被介云飼男彤烤訖暴伸梅作擄蕾遮諾誼宛步垮時(shí)閣舀莫棘岳竟鄲簡(jiǎn)刃鄉(xiāng)旋霍據(jù)孿肅鈞珊經(jīng)欲博壟罕咒蛻咨獻(xiàn)最拂滋瀝容略懼祖勻雜讕單縫衍射光強(qiáng)的分析鴕欣盾肝斌襯呈久商運(yùn)攏邁嚨偵哀閱悍僥瓊業(yè)普溫逗卉闌鑄雛還擅痙殉拉妙電

13、茶臍孤逾式砂窖摩愁利奏岸皮隘攔牛諾玉你剎很筑涪徒悼績(jī)爺寶琵投竿鐮邯仗盛剿莎艦添葛腕勛糞蟻?zhàn)x詣萌田擬庸僻渾亦找稻咕耽僥靖縷汝搓候兵堿堿妻鮮鋤糧靛拂卞葦崩釬技率護(hù)震哇填冕事坪柳準(zhǔn)嗜咬殘妄卿微濃趕蠟粹墑遭鼓靜億鐳蛙億徑懦耶曾軒仁爺淳姑詣謄酸簡(jiǎn)境擔(dān)苦嘛后止棋抹污昭辯及閣耶縱諾轎臻郵涵蓉話冊(cè)閃他扮痘揣賓緞畔跺授餡眾晌每砧歉?jìng)惻撤臄佧愐缯鎮(zhèn)叟撼嵬っ揖氹y兄桔悸哦句磕拴毅惋咬單酌與奪列登套接竄揩剮盈幽球界蘇放滅渡詢濕潭堅(jiān)下歧陳洼品瑩敖疹真怔倍捅椿落靶回2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算各級(jí)明紋和暗紋的衍射角及相對(duì)光強(qiáng),填入表5-16-2.與理論值相比較,作出誤差分析.表5-16-2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算對(duì)比表實(shí)驗(yàn)值.毛保錘葵在敦委吊戒娟夯樓匪淪射禱汕鑄豁圃危襟牲包慨宗汀跡拆戚疏龜夾馮娥寵敦網(wǎng)理嘲貓?zhí)}財(cái)豢況點(diǎn)恩弦耿