波动光学实验

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1、PASCO物理实验主讲教师:李业凤波动光学系列光学是一门古老的学科，在人们探索光的本质的过程中，光学得到不断的发展。光学的发展大体上可划分为几何光学、波动光学和量子光学三个阶段。1801年，托马斯·杨获得了光具有波动性的有力证据，从此光学由几何光学时代进入到波动光学时代，1864年麦克斯韦建立了光的电磁理论，电、磁、光实现了大统一。1905年爱因斯坦提出光子假设，很好地解释了光电效应现象，从此光学进入到量子光学时代。1960年第一台激光器在美国诞生，从此光学进入到飞速发展的时代。激光测量，激光制导，非线性光学，全息光学，光信息处理，光计算

2、机等与“光”相联系的词语不断涌现，光学继电子学之后成为又一颗最耀眼的科学分支。实验一单缝衍射实验目的研究激光通过单缝衍射的光强分布规律，缝宽对单缝衍射的影响，并验证衍射极小值的理论计算公式。实验器材光学实验轨道，光传感器（CI-6504A）及一维运动安装附件，转动传感器(RMS)(CI-6538)，半导体激光器（OS-8525），单缝圆盘(OS-8523)，单缝圆盘托架一个，白色显示屏，白纸（贴屏用），钢尺，计算机500型接口，电脑。实验原理当单色光通过一狭缝时会产生衍射现象，衍射图样中的极小值对应的角度由下式给出：这里，a表示缝宽，表示

3、图样中心到第级极小间的夹角，表示光的波长，表示级次（从中心向外数，l对应第一级极小，2对应第二级极小，．．．），如图所示。通常，因为角度较小，可以假设根据三角关系这里，表示在屏上从图样中心到第级极小间的距离，表示从狭缝到屏的距离，所以可由衍射方程解出缝宽：实验安装图实验设备图实验内容1.按照实验安装图所示把相关仪器安装到位，启动科学工作室到待测量状态。2.选择0.02mm单缝，旋转狭缝圆盘，使0.02mm单缝位于其托架中心。3.平稳匀速地移动一维运动附件，使单缝衍射斑光强图样依次通过光传感器显示屏上的采集缝并记录相关图形和数据。4.改变狭

4、缝宽度为0.04mm、0.08mm和0.16mm，重复内容3，得到光强随位置变化的曲线图。数据处理1.在表格中填入原始数据并代入公式计算各级狭缝宽度a。2.求出平均a和相对误差。注意事项1.为了避免移动转动传感器与一维器件之间空程引入的误差，在每次测量过程中，只能沿一个方向从起始移动到末端。2.是从狭缝到衍射图案显示的距离，每个狭缝的实验要随时读取，在能清晰地显示出明暗条纹,取值应尽可能大。3.实验中眼睛不要正向直视激光束,以免造成伤害.4.注意保护狭缝圆盘,严禁用手触摸狭缝盘正面,更不能碰坏。实验曲线图a=0.02mma=0.04mma

5、=0.08mm思考题1.随着缝宽的增加，极小值间的距离是随着增加还是减小呢？a=0.16mm实验二双缝干涉实验目的研究激光通过双缝干涉的光强分布规律，双缝间距对双缝干涉的影响，验证双缝极大值的理论计算公式。实验器材光学实验轨道，光传感器（CI-6504A）及一维运动安装附件，转动传感器(RMS)(CI-6538)，半导体激光器（OS-8525），多缝圆盘(OS-8523)，多缝圆盘托架一个，白色显示屏，白纸（贴屏用），钢尺，计算机500型接口，电脑。实验原理当单色光通过双缝时，从两缝出来的两束光线互相干涉产生干涉条纹。在干涉条纹中的极大〈

6、亮条纹〉对应的角度由下式给出：这里，表示双缝中心间距，表示从图样中央明条纹的中心和第级极大值对双缝连线的夹角，表示光的波长，表示级数（从中心向外计数，0对应中央极大，1对应第一级极大，2对应第二级极大，．．．）如图所示。通常，因为角度较小，可以假设根据三角关系这里，表示在光强图样显示屏上从图样中心到第级极大间的距离，表示从狭缝圆盘到屏的距离，如图所示。所以可由干涉方程解出双缝中心间距。实验安装图实验内容1.按照实验安装图所示把相关仪器安装到位，启动科学工作室到待测量状态。2.选择缝宽和缝间距的双缝，旋转狭缝圆盘，使所选择的双缝位于其托架中

7、心，上下左右调整激光束位置，使光束位于狭缝中心。3.平稳匀速地移动一维运动附件，使双缝干涉光强图样依次通过光传感器显示屏上的采集缝并记录相关图形和数据。4.再改变缝宽和缝间距，重复内容3，得到光强随位置变化的曲线图。数据处理1.在表格中填入原始数据并代入公式计算各级狭缝间距d。2.求出平均d和相对误差。注意事项1.为了避免移动转动传感器与一维器件之间空程引入的误差，在每次测量过程中，只能沿一个方向从起始移动到末端。是从狭缝到干涉图案显示的距离，在能清晰地显示出明暗条纹,取值应尽可能大。3.实验中眼睛不要正向直视激光束,以免造成伤害。4.注

8、意保护狭缝圆盘,严禁用手触摸狭缝盘正面,更不能碰坏。实验曲线图a=0.08mmd=0.25mma=0.08mmd=0.50mma=0.04mmd=0.25mma=0.04mmd=0.50mm三