实验八多缝夫琅和费衍射实验

《实验八多缝夫琅和费衍射实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验八多缝夫琅和费衍射实验【实验目的】1.了解光的衍射特性以及多缝夫琅和费衍射原理2.自选、自学、自做，独立完成实验操作，培养实践能力和创新精神3.观察多缝夫琅和费衍射花样曲线并对各种现象进行正确解释【仪器用具】He-Ne激光器，衍射装置（如图），光电传感器、扫描驱动器及接口，光具座，放大镜，计算机(分辨率达到1024×768，CPU300Hz，32M内存，4MAGP显示卡，Windows95以上操作系统，10M硬盘剩余空间，一个空闲的串行设备接口)【实验内容】（一）实验原理多缝夫琅和费衍射事实上是由多个单缝夫琅和费衍射在远场条件下叠加，即在衍射基础上引入缝间干涉的调制形成

2、的。我们可以采用振幅矢量法或复振幅叠加法得到多缝夫琅和费衍射的光强公式：其中称为衍射因子，称为干涉因子，为单缝边缘光束在衍射方向上相位差之半，为相邻单缝在衍射方向上相位差之半。a为单个狭缝的宽度，d为相邻的狭缝间距，N为缝数.多缝夫琅和费衍射光强受衍射和干涉两个因素的制约。因此，两因子中任一因子为零，光强都会为零。对于干涉因子，当满足⑴（光栅方程）时，为干涉主极大。我们可以推出相邻干涉主极大之间有N-1个干涉极小，N-2个干涉次极大。特别的，当N=2时，不存在干涉次极大。对于衍射因子，当⑵时，衍射因子为零，光强亦为零。既使该方向为干涉极大，光强仍为零。由方程⑴⑵联立可知，即

3、第k级干涉主极大被第级衍射极小调制掉了，不出现在衍射图样中。我们称这种现象叫做缺级。总之，光栅光强是多光束干涉被单缝衍射调制的结果。下图1是计算机采集实验数据的原理示意图：传感器扫描驱动器接口电路计算机图1光IX其中传感器上的接收器中央圆孔为感光孔，当探测到光信号照射到上面时，该感光孔就将光信号输入到传感器，传感器将衍射图样中的光强值以一定的比例转换成与之对应的电压值输入接口电路。传感器用丝杠带动，通过转动丝杠可使传感器在垂直于光轴的水平方向上平移。丝杠又通过齿轮与扫描驱动器连接，转动齿轮带动丝杠使传感器从一端平移到另一端，扫描驱动器将平移量X转换成与之对应的电压值也输入到

4、接口电路，接口电路同时将传感器输入量（对应光强值）和扫描驱动器输入值（对应的X值）送入计算机，计算机就描绘出I--X曲线图样。实验之前需要调节狭缝的个数、宽度和间距，其狭缝调节装置如下图2所示：图(a)、(b)中分别为多缝动态衍射装置的剖视图及其俯视图。其中A和B是一对单缝板，G为带通光孔的燕尾槽，H为能沿燕尾槽滑动的滑块，中部有一通光孔，其上为固定单缝板B，此单缝板B可随滑块沿左右方向平移，A为固定单缝板，F为丝杠测微器手动鼓轮，E为丝杠，转动鼓轮F带动E沿左右方向移动，E顶住滑块H，单缝板B也随着H向左右方向平移（相对单缝板A），从而实现了连续改变缝间距d或缝宽a的目的

5、。（见图3）图3a≈0.13mmb≈0.25mm通过鼓轮调节这两片衍射板的相对位置：两缝重合时为单缝，并可改变缝宽；交错开时为双缝，其缝间距和缝宽均可改变；当中间也露出间隙时，为三缝，可以看出，三缝的缝间距是固定的。鼓轮上刻有100个分格，最小分度值为0.01mm，由鼓轮上读数便可确定d和a值的变化量。（二）实验步骤1．本实验采用的是吉林大学物华公司开发的多缝衍射动态花样演示系统1.1版。打开电脑，进入“C：多缝衍射”，可以看到可执行文件theory.exe和nf.exe，其中theory.exe是模拟理论曲线的软件，nf.exe是进行实时监测和扫描曲线的软件。在进行正式

6、实验之前，可以先执行theory.exe,作出理论上的实验曲线，作为实验时的参照和比较。2．打开接口电源，接通He-Ne激光器的电源。3．为保证光强准确的被接收器接收，减小误差，首先要对激光光束进行准直调节。即使激光光束与导轨共面，平行，且刚好照在衍射装置的中心（即狭缝的中心）和接收器中心的圆孔。一般采取的办法为：衍射装置的两片狭缝片可以作为反光镜，激光照在其上被反射，当激光不垂直照射在上面的时候，反射的三个光点不与激光出射孔重合。调节激光器的俯仰，以及衍射装置的高度和左右位置，使三个像重合成一个像，并刚好打在激光出射孔；拿掉衍射装置，调节接收器的高度，使激光束恰好打在接收

7、器中心的圆孔上。同时狭缝应垂直水平面。调节好时，应达到衍射狭缝、接收器与导轨垂直；激光光束与导轨共面平行。4．接下来的问题是调节狭缝。分别调出单缝，双缝，三缝的衍射图像。可以采取如下的方法：将衍射装置上的鼓轮调节到最顶端(既无法继续再顺时针旋转的程度)，然后逆时针方向旋转，在接受器上首先出现的就是单缝夫琅和费的图像。继续旋转，图像消失后再次出现的，就是双缝衍射。再继续旋转不大的角度，就可以观察到三缝衍射的图像。由于在三缝衍射的图像中出现了次极大因此增大了目视观察的难度，可以在接收器后立一个更大的屏，在衍射装置和接收