基础光学实验模板.pdf

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1、基础光学综合实验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，光计算机等与“光”相联系的词语不断涌现，光学继电子学之后成为

2、又一颗最耀眼的科学分支。本实验安排有三个内容：单缝衍射，双缝衍射，光的偏振（马吕斯定律）。以期实验者在实验之后对光的干涉、衍射和偏振现象和规律有所了解。实验者也可以根据现有仪器和光学知识，自己组装仪器做一些自主探索和研究性的光学实验，丰富自己的实践经验，提高科学思维能力和实验的动手能力。实验1单缝衍射的实验观测和研究【实验目的】观测单缝衍射现象，研究激光通过单缝形成的衍射图样的光强分布和规律。【实验原理】当光通过一狭缝时会产生衍射光，衍射图样中的极小值对应的角度由下式给出：asinθ=mλ(m=1,2,3,...)（1.1）这里a表示缝宽，θ表示图样中心到第m级

3、极小间的夹角，λ表示光的波长，m表示级次（从中心向外计数，1对应第一级极小，2对应第二级极小，…），见图.1.1。通常因为角度较小，可以假设sinθ≈tanθ根据三角关系，ytanθ=（1.2）D这里y表示在屏上从图样中心到第m级极小间的距离，D表示从狭缝到屏的距离，如图所示。所以可由衍射方程解出缝宽：1mλDa=(m=1,2,3,...)（1.3）y图1.1单缝衍射图样其光强分布的理论公式为：2sinuI=I（1.4）02uπasinθ其中u=λ式中a为单缝的宽度，λ为光的波长，θ为衍射角，I为正入射（即θ＝0）02sinu时的入射光强，被称为单缝衍射因子，表

4、征衍射光场内任一点相对2uI光强（即）的强弱。I0【实验仪器】2YH-II多功能物理实验系统；L5-I型半导体激光器和激光器电源；光电传感器；CG2系列磁性光具座；单缝衍射模板一个；二维半自动扫描平台；综合光学系列实验的虚拟仪器软件系统；专用数据传输连接线若干；元件盒一个；微机一台。组合式综合光学实验部分仪器和元器件【问题与思考】1）衍射现象出现的必要条件是什么？2）当缝宽改变时（增加或减小），极小间的距离y是增加还是减小？3）通过本实验装置观测到的衍射现象的特点是什么？简要描述其中蕴涵的物理意义。4）如果用白光作光源将出现何种光学现象？请自己设计和搭建实验装置

5、观测白光单缝衍射的现象和规律。5）单缝衍射潜在的应用价值，并举例说明。【实验内容】一、单缝衍射的观察与测量1、自行设计和调节光源、狭缝、接收屏或光电传感器之间的相互位置和共轴，调出清晰的单缝衍射图样。2、测量狭缝到屏的距离（注意：狭缝实际上是偏离狭缝支架中心的）。多次测量光源、狭缝、观测屏或传感器位置，计算平均值和不确定度，计算狭缝到屏的距离和它的测量不确定度。33、将光电传感器与YH-II多功能物理实验系统连接，主意选择合适的测量通道，打开微机，进入综合光学实验的专用软件，选择综合光学的虚拟实验仪器的主界面。在光学传感器模块，连接适当的通道（注意要与多功能物理

6、实验系统的通道一致），在实验列表中选择单缝衍射。4、调节二维半自动扫描平台，使光学传感器处于适当的位置（一般在衍射级次m≥5）然后启动扫描电机和点击虚拟仪器主界面的开始键，进行实时测量。二、改变缝宽，测量光强随位置变化的曲线图。1、观测不同缝宽时，衍射光强分布的特点与规律。2、计算各种缝宽时，各衍射级次的相对光强。3、比较理论计算值和实际测量值，分析误差的主要来源。【数据分析】1、用同级次条纹间的距离除以2，求得从图样中心到第一级和第二级极小的距离，记录于表1.1中。2、用激光波长的平均值（二极管激光器辐射波长为670mm），计算两次缝宽，第一次用第一级，第二次

7、用第二级，并在表1.1中记下这个结果。3、计算实验缝宽与0.04mm间的百分误差。并记录于表1.1中。表1.1单缝的测量数据表格光源的位置（cm）狭缝的位置（cm）狭缝的宽度（cm）传感器或屏的位置（cm）狭缝到光源的距离（cm）狭缝到屏的距离D（cm）角宽度θ第一级（m=1）第二级（m=2）同级次条纹间距（cm）暗条纹到中心的距离y（cm）计算激光的波长（nm）【实验结果的表述与分析】1．完整的结果表达式：42.总结衍射现象的主要特点、规律、蕴涵的物理意义以及可能的应用领域。3.分析实验误差的主要因素，实验改进的方法或理论修正的方法。实验2双缝干涉【实验目的】

8、观测双缝衍射的实验现象，