單縫衍射的光強(qiáng)分布及測(cè)量課件

單縫衍射的光強(qiáng)分布及測(cè)量

摘要本實(shí)驗(yàn)利用傳統(tǒng)的單縫衍射原理用較簡(jiǎn)單的方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑。用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律單縫衍射的光強(qiáng)分布及測(cè)量摘要1一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保^察單縫衍射現(xiàn)象，加深對(duì)衍射理論的理解；２．會(huì)用光電元件測(cè)量單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布，掌握其分布規(guī)律；３．學(xué)會(huì)用衍射法測(cè)量微小量。一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二：實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器，可調(diào)寬狹縫，硅光電池（光電探頭），一維光強(qiáng)測(cè)量裝置，WJF型數(shù)字檢流計(jì)，米尺（或鋼卷尺），測(cè)微顯微鏡，小孔屏和WGZ--IIA導(dǎo)軌頭發(fā)絲二：實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器，3三：實(shí)驗(yàn)原理１．單縫衍射的光強(qiáng)分布當(dāng)光在傳播過程中經(jīng)過障礙物，如不透明物體的邊緣、小孔、細(xì)線、狹縫等時(shí)，一部分光會(huì)傳播到幾何陰影中去，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。如果障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相近，那么，這樣的衍射現(xiàn)象就比較容易觀察到。單縫衍射有兩種：一種是菲涅耳衍射，單縫距光源和接收屏均為有限遠(yuǎn)或者說入射波和衍射波都是球面波；另一種是夫瑯和費(fèi)衍射，單縫距光源和接收屏均為無(wú)限遠(yuǎn)或相當(dāng)于無(wú)限遠(yuǎn)，即入射波和衍射波都可看作是平面波。三：實(shí)驗(yàn)原理１．單縫衍射的光強(qiáng)分布4實(shí)驗(yàn)原理在用散射角[scatteringangle]極小的激光器(<0.002rad)產(chǎn)生激光束[laserbeam]，通過一條很細(xì)的狹縫（0.1～0.3mm寬），在狹縫后大于0.5m的地方放上觀察屏，就可看到衍射條紋，它實(shí)際上就是夫瑯和費(fèi)衍射條紋，如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)原理在用散射角[scatteringangle]極小的5實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)激光照射在單縫上時(shí)，根據(jù)惠更斯—菲涅耳原理[Huygens-Fresnelprinciple]，單縫上每一點(diǎn)都可看成是向各個(gè)方向發(fā)射球面子波的新波源。由于子波迭加的結(jié)果，在屏上可以得到一組平行于單縫的明暗相間的條紋。激光的方向性極強(qiáng)，可視為平行光束；寬度為b的單縫產(chǎn)生的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣其衍射光路圖近似滿足條件：

實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)激光照射在單縫上時(shí)，根據(jù)惠更斯—菲涅耳原理[Huy6實(shí)驗(yàn)原理產(chǎn)生暗條紋[darkfringes]的條件是（k=±1，±2，±3，…）暗條紋的中心位置為

兩相鄰暗紋之間的中心是明紋中心

實(shí)驗(yàn)原理產(chǎn)生暗條紋[darkfringes]的條件是兩相鄰7實(shí)驗(yàn)原理用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律：將波陣面AB分成N

個(gè)等寬條帶，構(gòu)成N

個(gè)振幅相等的相干子波源，各子波源在屏上P點(diǎn)的振幅相同，但依次相差一微小相位差

實(shí)驗(yàn)原理用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律：8實(shí)驗(yàn)原理N

個(gè)振幅矢量相加，N→∞時(shí)，N

個(gè)振幅矢量構(gòu)成圓弧AB，圓心角等于單縫兩邊緣光線在P點(diǎn)的相位差：合振幅：即，

利用實(shí)驗(yàn)原理N個(gè)振幅矢量相加，N→∞時(shí)，N個(gè)振幅矢量9實(shí)驗(yàn)原理得衍射場(chǎng)中相對(duì)光強(qiáng)

：其中實(shí)驗(yàn)原理得衍射場(chǎng)中相對(duì)光強(qiáng)：其中10實(shí)驗(yàn)原理所以垂直入射于單縫平面的平行光經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布[intensitydistributionoflight]的規(guī)律為

：式中，d是狹縫寬，D是單縫位置到光電池位置的距離，x是從衍射條紋的中心位置到測(cè)量點(diǎn)之間的距離，其光強(qiáng)分布如圖2所示。實(shí)驗(yàn)原理所以垂直入射于單縫平面的平行光經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布[11實(shí)驗(yàn)原理圖2實(shí)驗(yàn)原理圖212實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)相同，即相同時(shí)，光強(qiáng)相同，所以在屏上得到的光強(qiáng)相同的圖樣是平行于狹縫的條紋。當(dāng)時(shí)，，，在整個(gè)衍射圖樣中，此處光強(qiáng)最強(qiáng)，稱為中央主極大；中央明紋最亮、最寬，它的寬度為其他各級(jí)明紋寬度的兩倍。當(dāng)，即時(shí)，I=0在這些地方為暗條紋。暗條紋是以光軸為對(duì)稱軸，呈等間隔、左右對(duì)稱的分布。中央亮條紋的寬度L可用的兩條暗條紋間的間距確定；某一級(jí)暗條紋的位置與縫寬成反比，當(dāng)寬到一定程度，衍射現(xiàn)象便不再明顯，只能看到中央位置有一條亮線，這時(shí)可以認(rèn)為光線是沿幾何直線傳播的。次極大[secondarymaximum]明紋與中央明紋的相對(duì)光強(qiáng)分別為：

=0.047,0.017,0.008,……

實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)相同，即相同時(shí)，光強(qiáng)相同，所以在屏上得到13實(shí)驗(yàn)原理2．衍射障礙寬度的測(cè)量[measuring]由以上分析，如已知光波長(zhǎng)，可得單縫的寬度計(jì)算公式為因此，如果測(cè)到了第K級(jí)暗紋的位置，用光的衍射可以測(cè)量細(xì)縫的寬度。實(shí)驗(yàn)原理2．衍射障礙寬度的測(cè)量[measuring]14實(shí)驗(yàn)原理圖3實(shí)驗(yàn)原理圖315實(shí)驗(yàn)原理這里用下面這種方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑：用已知波長(zhǎng)的平行光垂直入射在單縫上，在距離單縫的距離為d處測(cè)出衍射花樣的中央明紋的寬度L（保證d≈1000b：或者d為幾米）。則由單縫衍射原理可得b=2d/L

實(shí)驗(yàn)原理這里用下面這種方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑：16實(shí)驗(yàn)原理3．光電檢測(cè)光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的一種表現(xiàn)。研究光的衍射現(xiàn)象不僅有助于加深對(duì)光本質(zhì)的理解，而且能為進(jìn)一步學(xué)好近代光學(xué)技術(shù)打下基礎(chǔ)。衍射使光強(qiáng)在空間重新分布，利用光電元件測(cè)量光強(qiáng)的相對(duì)變化，是測(cè)量光強(qiáng)的方法之一，也是光學(xué)精密測(cè)量的常用方法。（1）當(dāng)在小孔屏位置處放上硅光電池和一維光強(qiáng)讀數(shù)裝置，與數(shù)字檢流計(jì)（也稱光點(diǎn)檢流計(jì)）相連的硅光電池可沿衍射展開方向移動(dòng)，那么數(shù)字檢流計(jì)所顯示出來的光電流的大小就與落在硅光電池上的光強(qiáng)成正比。如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)原理3．光電檢測(cè)17實(shí)驗(yàn)原理圖4實(shí)驗(yàn)原理圖418實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)硅光電池的光電特性可知，光電流和入射光能量成正比，只要工作電壓不太小，光電流和工作電壓無(wú)關(guān)，光電特性是線性關(guān)系；所以當(dāng)光電池與數(shù)字檢流計(jì)構(gòu)成的回路內(nèi)電阻恒定時(shí)，光電流的相對(duì)強(qiáng)度就直接表示了光的相對(duì)強(qiáng)度。由于硅光電池的受光面積較大，而實(shí)際要求測(cè)出各個(gè)點(diǎn)位置處的光強(qiáng)，所以在硅光電池前裝一細(xì)縫光欄(0.5mm)，用以控制受光面積，并把硅光電池裝在帶有螺旋測(cè)微裝置的底座上，可沿橫向方向移動(dòng)，這就相當(dāng)于改變了衍射角

實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)硅光電池的光電特性可知，光電流和入射光能量成正比19實(shí)驗(yàn)原理（2）數(shù)字檢流計(jì)量程分為四檔，用以測(cè)量不同的光強(qiáng)范圍，使用前應(yīng)先預(yù)熱5分鐘。先將量程選擇開關(guān)置于“1”檔，“衰減”旋鈕置于校準(zhǔn)位置（即順時(shí)針轉(zhuǎn)到頭，置于靈敏度最高位置），調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使數(shù)據(jù)顯示為“-.000”（負(fù)號(hào)閃爍）。如果被測(cè)信號(hào)大于該檔量程，儀器會(huì)有超量程顯示，即顯示“]”或“E”，其它三位均顯示“9”，此時(shí)可調(diào)高一檔量程；當(dāng)數(shù)字顯示小于“190”，小數(shù)點(diǎn)不在第一位時(shí)，一般應(yīng)將量程減小一檔，以充分利用儀器的分辨率。測(cè)量過程中，如需要將某數(shù)值保留下來，可開“保持”開關(guān)，此時(shí)無(wú)論被測(cè)信號(hào)如何變化，前一數(shù)值保持不變。由于激光衍射所產(chǎn)生的散斑效應(yīng)，光電流值顯示將在時(shí)示值的約10%范圍內(nèi)上下波動(dòng)，屬正常現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)判斷選一中間值。實(shí)驗(yàn)原理（2）數(shù)字檢流計(jì)量程分為四檔，用以測(cè)量不同的光強(qiáng)范圍20四：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1—激光器，2—單縫，3—光導(dǎo)軌，4—小孔屏，5—光電探頭，6—一維測(cè)量裝置，7—數(shù)字檢流計(jì)1234567四：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容123456721１．觀察單縫衍射的光強(qiáng)分布

（１）在光導(dǎo)軌(1.2m)上正確安置好各實(shí)驗(yàn)裝置，如上圖5所示；打開激光器，用小孔屏調(diào)整光路，使激光束與導(dǎo)軌平行。（２）開啟檢流計(jì)，預(yù)熱5分鐘；仔細(xì)檢查激光器、單縫和一維光強(qiáng)測(cè)量裝置的底座是否放穩(wěn)，要求在測(cè)量過程中不能有任何晃動(dòng)；使用一維光強(qiáng)測(cè)量裝置時(shí)注意鼓輪單方向旋轉(zhuǎn)的特性（避免回程誤差）。（3）確保激光器的激光垂直照射單縫，將單縫調(diào)節(jié)到一合適的寬度；由于實(shí)驗(yàn)所用激光光束很細(xì)，故所得衍射圖樣是衍射光斑（依據(jù)條件可配一準(zhǔn)直系統(tǒng)，如倒置的望遠(yuǎn)鏡，使物鏡作為光入射口，將激光擴(kuò)束成為寬徑平行光束，即可產(chǎn)生衍射條紋）。（4）在硅光電池處，先用小孔屏進(jìn)行觀察，調(diào)節(jié)單縫傾斜度及左右位置，使衍射光斑水平，兩邊對(duì)稱。然后改變縫寬和間距，觀察衍射光斑的變化規(guī)律

１．觀察單縫衍射的光強(qiáng)分布（１）在光導(dǎo)軌(1.2m)上正確222．測(cè)量衍射光斑的相對(duì)強(qiáng)度分布（1）移去小孔屏，在小孔屏處放上硅光電池及一維光強(qiáng)測(cè)量裝置，使激光束垂直移動(dòng)方向。遮住激光出射口，把檢流計(jì)調(diào)到零點(diǎn)基準(zhǔn)。在測(cè)量過程中，檢流計(jì)的檔位開關(guān)要根據(jù)光強(qiáng)的大小適當(dāng)換檔。（2）檢流計(jì)檔位放在適當(dāng)檔，轉(zhuǎn)動(dòng)一維光強(qiáng)測(cè)量裝置鼓輪，把硅光電池狹縫位置移到標(biāo)尺中間位置處，調(diào)節(jié)硅光電池平行光管左右、高低和傾斜度，使衍射光斑中央最大兩旁相同級(jí)次的光強(qiáng)以同樣高度射入硅光電池平行光管狹縫。（3）調(diào)節(jié)單縫寬度，衍射光斑的對(duì)稱第四個(gè)暗點(diǎn)位置處在一維光強(qiáng)測(cè)量裝置的讀數(shù)兩邊緣（有效測(cè)量范圍約85mm）。（4）在略小于中央極大處開始，每經(jīng)過0.5mm，沿展開方向測(cè)一點(diǎn)光強(qiáng)，一直測(cè)到另一側(cè)的第三個(gè)暗點(diǎn)；應(yīng)特別注意衍射光強(qiáng)的極大值和極小值的光強(qiáng)測(cè)量。2．測(cè)量衍射光斑的相對(duì)強(qiáng)度分布（1）移去小孔屏，在小孔屏處233．測(cè)量頭發(fā)絲的直徑測(cè)量發(fā)絲到光電池之間的距離d，用卷尺測(cè)取相應(yīng)移動(dòng)座間的距離即可。（d≈1000b）測(cè)量中央明紋的寬度L。用測(cè)量顯微鏡直接測(cè)量頭發(fā)絲直徑，在其不同位置測(cè)3次取平均值，并與之前間接測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。3．測(cè)量頭發(fā)絲的直徑測(cè)量發(fā)絲到光電池之間的距離d，用卷尺測(cè)取244.選做實(shí)驗(yàn)利用激光器，準(zhǔn)直系統(tǒng)，起、檢偏裝置（起偏可轉(zhuǎn)向），光電池和檢流計(jì)觀察偏振光在一周內(nèi)的光強(qiáng)變化，驗(yàn)證馬呂斯定律

：觀察激光入射光束通過多種類型衍射光屏的物理現(xiàn)象4.選做實(shí)驗(yàn)利用激光器，準(zhǔn)直系統(tǒng)，起、檢偏裝置（起偏可轉(zhuǎn)向25五：測(cè)量數(shù)據(jù)記錄及分析處理本實(shí)驗(yàn)使用的半導(dǎo)體紅光激光器波長(zhǎng)為：=635.0nm

1、數(shù)據(jù)記錄：2、記錄所觀察的衍射光斑的變化情況：呈一字排開，中央明紋最寬。K越高明紋越窄

五：測(cè)量數(shù)據(jù)記錄及分析處理本實(shí)驗(yàn)使用的半導(dǎo)體紅光激光器波長(zhǎng)為26選取中央最大光強(qiáng)處為軸坐標(biāo)原點(diǎn)，把測(cè)得的數(shù)據(jù)作歸一化處理。即把在不同位置上測(cè)得的檢流計(jì)光強(qiáng)讀數(shù)I除以中央最大的光強(qiáng)讀數(shù)I0，然后做出I/I0~x衍射相對(duì)光強(qiáng)分布曲線

選取中央最大光強(qiáng)處為軸坐標(biāo)原點(diǎn)，把測(cè)得的數(shù)據(jù)作歸一化處理。即274、根據(jù)中央明紋的寬度，用公式計(jì)算出頭發(fā)絲的直徑b,與直接測(cè)量值進(jìn)行比較：直接測(cè)量得頭發(fā)絲的直徑的平均值b為0.064mm因?yàn)椋篵=2d/L測(cè)得d=70mm,=0.000635mm,L=1.27mm由公式得：b≈0.070mm結(jié)論：直接測(cè)量值與衍射法測(cè)量值相差0.006mm

4、根據(jù)中央明紋的寬度，用公式計(jì)算出頭發(fā)絲的直徑b,與直接測(cè)28單縫衍射的光強(qiáng)分布及測(cè)量

摘要本實(shí)驗(yàn)利用傳統(tǒng)的單縫衍射原理用較簡(jiǎn)單的方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑。用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律單縫衍射的光強(qiáng)分布及測(cè)量摘要29一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保^察單縫衍射現(xiàn)象，加深對(duì)衍射理論的理解；２．會(huì)用光電元件測(cè)量單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布，掌握其分布規(guī)律；３．學(xué)會(huì)用衍射法測(cè)量微小量。一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?0二：實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器，可調(diào)寬狹縫，硅光電池（光電探頭），一維光強(qiáng)測(cè)量裝置，WJF型數(shù)字檢流計(jì)，米尺（或鋼卷尺），測(cè)微顯微鏡，小孔屏和WGZ--IIA導(dǎo)軌頭發(fā)絲二：實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器，31三：實(shí)驗(yàn)原理１．單縫衍射的光強(qiáng)分布當(dāng)光在傳播過程中經(jīng)過障礙物，如不透明物體的邊緣、小孔、細(xì)線、狹縫等時(shí)，一部分光會(huì)傳播到幾何陰影中去，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。如果障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相近，那么，這樣的衍射現(xiàn)象就比較容易觀察到。單縫衍射有兩種：一種是菲涅耳衍射，單縫距光源和接收屏均為有限遠(yuǎn)或者說入射波和衍射波都是球面波；另一種是夫瑯和費(fèi)衍射，單縫距光源和接收屏均為無(wú)限遠(yuǎn)或相當(dāng)于無(wú)限遠(yuǎn)，即入射波和衍射波都可看作是平面波。三：實(shí)驗(yàn)原理１．單縫衍射的光強(qiáng)分布32實(shí)驗(yàn)原理在用散射角[scatteringangle]極小的激光器(<0.002rad)產(chǎn)生激光束[laserbeam]，通過一條很細(xì)的狹縫（0.1～0.3mm寬），在狹縫后大于0.5m的地方放上觀察屏，就可看到衍射條紋，它實(shí)際上就是夫瑯和費(fèi)衍射條紋，如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)原理在用散射角[scatteringangle]極小的33實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)激光照射在單縫上時(shí)，根據(jù)惠更斯—菲涅耳原理[Huygens-Fresnelprinciple]，單縫上每一點(diǎn)都可看成是向各個(gè)方向發(fā)射球面子波的新波源。由于子波迭加的結(jié)果，在屏上可以得到一組平行于單縫的明暗相間的條紋。激光的方向性極強(qiáng)，可視為平行光束；寬度為b的單縫產(chǎn)生的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣其衍射光路圖近似滿足條件：

實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)激光照射在單縫上時(shí)，根據(jù)惠更斯—菲涅耳原理[Huy34實(shí)驗(yàn)原理產(chǎn)生暗條紋[darkfringes]的條件是（k=±1，±2，±3，…）暗條紋的中心位置為

兩相鄰暗紋之間的中心是明紋中心

實(shí)驗(yàn)原理產(chǎn)生暗條紋[darkfringes]的條件是兩相鄰35實(shí)驗(yàn)原理用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律：將波陣面AB分成N

個(gè)等寬條帶，構(gòu)成N

個(gè)振幅相等的相干子波源，各子波源在屏上P點(diǎn)的振幅相同，但依次相差一微小相位差

實(shí)驗(yàn)原理用振幅矢量法討論單縫衍射光強(qiáng)分布規(guī)律：36實(shí)驗(yàn)原理N

個(gè)振幅矢量相加，N→∞時(shí)，N

個(gè)振幅矢量構(gòu)成圓弧AB，圓心角等于單縫兩邊緣光線在P點(diǎn)的相位差：合振幅：即，

利用實(shí)驗(yàn)原理N個(gè)振幅矢量相加，N→∞時(shí)，N個(gè)振幅矢量37實(shí)驗(yàn)原理得衍射場(chǎng)中相對(duì)光強(qiáng)

：其中實(shí)驗(yàn)原理得衍射場(chǎng)中相對(duì)光強(qiáng)：其中38實(shí)驗(yàn)原理所以垂直入射于單縫平面的平行光經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布[intensitydistributionoflight]的規(guī)律為

：式中，d是狹縫寬，D是單縫位置到光電池位置的距離，x是從衍射條紋的中心位置到測(cè)量點(diǎn)之間的距離，其光強(qiáng)分布如圖2所示。實(shí)驗(yàn)原理所以垂直入射于單縫平面的平行光經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布[39實(shí)驗(yàn)原理圖2實(shí)驗(yàn)原理圖240實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)相同，即相同時(shí)，光強(qiáng)相同，所以在屏上得到的光強(qiáng)相同的圖樣是平行于狹縫的條紋。當(dāng)時(shí)，，，在整個(gè)衍射圖樣中，此處光強(qiáng)最強(qiáng)，稱為中央主極大；中央明紋最亮、最寬，它的寬度為其他各級(jí)明紋寬度的兩倍。當(dāng)，即時(shí)，I=0在這些地方為暗條紋。暗條紋是以光軸為對(duì)稱軸，呈等間隔、左右對(duì)稱的分布。中央亮條紋的寬度L可用的兩條暗條紋間的間距確定；某一級(jí)暗條紋的位置與縫寬成反比，當(dāng)寬到一定程度，衍射現(xiàn)象便不再明顯，只能看到中央位置有一條亮線，這時(shí)可以認(rèn)為光線是沿幾何直線傳播的。次極大[secondarymaximum]明紋與中央明紋的相對(duì)光強(qiáng)分別為：

=0.047,0.017,0.008,……

實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)相同，即相同時(shí)，光強(qiáng)相同，所以在屏上得到41實(shí)驗(yàn)原理2．衍射障礙寬度的測(cè)量[measuring]由以上分析，如已知光波長(zhǎng)，可得單縫的寬度計(jì)算公式為因此，如果測(cè)到了第K級(jí)暗紋的位置，用光的衍射可以測(cè)量細(xì)縫的寬度。實(shí)驗(yàn)原理2．衍射障礙寬度的測(cè)量[measuring]42實(shí)驗(yàn)原理圖3實(shí)驗(yàn)原理圖343實(shí)驗(yàn)原理這里用下面這種方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑：用已知波長(zhǎng)的平行光垂直入射在單縫上，在距離單縫的距離為d處測(cè)出衍射花樣的中央明紋的寬度L（保證d≈1000b：或者d為幾米）。則由單縫衍射原理可得b=2d/L

實(shí)驗(yàn)原理這里用下面這種方法測(cè)量頭發(fā)絲的直徑：44實(shí)驗(yàn)原理3．光電檢測(cè)光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的一種表現(xiàn)。研究光的衍射現(xiàn)象不僅有助于加深對(duì)光本質(zhì)的理解，而且能為進(jìn)一步學(xué)好近代光學(xué)技術(shù)打下基礎(chǔ)。衍射使光強(qiáng)在空間重新分布，利用光電元件測(cè)量光強(qiáng)的相對(duì)變化，是測(cè)量光強(qiáng)的方法之一，也是光學(xué)精密測(cè)量的常用方法。（1）當(dāng)在小孔屏位置處放上硅光電池和一維光強(qiáng)讀數(shù)裝置，與數(shù)字檢流計(jì)（也稱光點(diǎn)檢流計(jì)）相連的硅光電池可沿衍射展開方向移動(dòng)，那么數(shù)字檢流計(jì)所顯示出來的光電流的大小就與落在硅光電池上的光強(qiáng)成正比。如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)原理3．光電檢測(cè)45實(shí)驗(yàn)原理圖4實(shí)驗(yàn)原理圖446實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)硅光電池的光電特性可知，光電流和入射光能量成正比，只要工作電壓不太小，光電流和工作電壓無(wú)關(guān)，光電特性是線性關(guān)系；所以當(dāng)光電池與數(shù)字檢流計(jì)構(gòu)成的回路內(nèi)電阻恒定時(shí)，光電流的相對(duì)強(qiáng)度就直接表示了光的相對(duì)強(qiáng)度。由于硅光電池的受光面積較大，而實(shí)際要求測(cè)出各個(gè)點(diǎn)位置處的光強(qiáng)，所以在硅光電池前裝一細(xì)縫光欄(0.5mm)，用以控制受光面積，并把硅光電池裝在帶有螺旋測(cè)微裝置的底座上，可沿橫向方向移動(dòng)，這就相當(dāng)于改變了衍射角

實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)硅光電池的光電特性可知，光電流和入射光能量成正比47實(shí)驗(yàn)原理（2）數(shù)字檢流計(jì)量程分為四檔，用以測(cè)量不同的光強(qiáng)范圍，使用前應(yīng)先預(yù)熱5分鐘。先將量程選擇開關(guān)置于“1”檔，“衰減”旋鈕置于校準(zhǔn)位置（即順時(shí)針轉(zhuǎn)到頭，置于靈敏度最高位置），調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使數(shù)據(jù)顯示為“-.000”（負(fù)號(hào)閃爍）。如果被測(cè)信號(hào)大于該檔量程，儀器會(huì)有超量程顯示，即顯示“]”或“E”，其它三位均顯示“9”，此時(shí)可調(diào)高一檔量程；當(dāng)數(shù)字顯示小于“190”，小數(shù)點(diǎn)不在第一位時(shí)，一般應(yīng)將量程減小一檔，以充分利用儀器的分辨率。測(cè)量過程中，如需要將某數(shù)值保留下來，可開“保持”開關(guān)，此時(shí)無(wú)論被測(cè)信號(hào)如何變化，前一數(shù)值保持不變。由于激光衍射所產(chǎn)生的散斑效應(yīng)，光電流值顯示將在時(shí)示值的約10%范圍內(nèi)上下波動(dòng)，屬正?，F(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)判斷選一中間值。實(shí)驗(yàn)原理（2）數(shù)字檢流計(jì)量程分為四檔，用以測(cè)量不同的光強(qiáng)范圍48四：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1—激光器，2—單縫，3—光導(dǎo)軌，4—小孔屏，5—光電探頭，6—一維測(cè)量裝置，7—數(shù)字檢流計(jì)1234567四：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容123456749１．觀察單縫衍射的光強(qiáng)分布

（１）在光導(dǎo)軌(1.2m)上正確安置好各實(shí)驗(yàn)裝置，如上圖5所示；打開激光器，用小孔屏調(diào)整光路，使激光束與導(dǎo)軌平行。（２）開啟檢流計(jì)，預(yù)熱5分鐘；仔細(xì)檢查激光器、單縫和一維光強(qiáng)測(cè)量裝置的底座是否放穩(wěn)，要求在測(cè)量過程中不能有任何晃動(dòng)；使用一維光強(qiáng)測(cè)量裝置時(shí)注意鼓輪單方向旋轉(zhuǎn)的特性（避免回程誤差）。（3）確保激光器的激光垂直照射單縫，將單縫調(diào)節(jié)到一合適的寬度；由于實(shí)驗(yàn)所用激光光束很細(xì)，故所得衍射圖樣是衍射光斑（依據(jù)條件可配一準(zhǔn)直系統(tǒng)，如倒置的望遠(yuǎn)鏡，使物鏡作為光入射口，將激光擴(kuò)束成為寬徑平行光束，即可產(chǎn)生衍射條紋）。（4）在硅光電池處，先用小孔屏進(jìn)行觀察，調(diào)節(jié)單縫傾斜度及左右位置，使衍射光斑水平，兩邊對(duì)稱。然后改變縫寬和間距，觀察衍射光斑的變化規(guī)律

１．觀察單縫衍射的光強(qiáng)分布（１）在光導(dǎo)軌(1.2m)上正確502．測(cè)量衍射光斑的相對(duì)強(qiáng)度分布（1）移去小孔屏，在小孔屏處放上硅光電池及一維光強(qiáng)測(cè)量裝置，使激光束垂直移動(dòng)方向。遮住激光出射口，把檢流計(jì)調(diào)到零點(diǎn)基準(zhǔn)。在測(cè)量過程中，檢流計(jì)的檔位開關(guān)要根據(jù)光強(qiáng)的大小適當(dāng)換檔。（2）檢流計(jì)檔位放在適當(dāng)檔，轉(zhuǎn)動(dòng)一維光強(qiáng)測(cè)量裝置鼓輪，把硅光電池狹縫位置移到標(biāo)尺中間位置處，調(diào)節(jié)硅光電池平行光管左右、高低和傾斜