CCD单缝衍射实验.doc

实验报告
课程名称：《光电基础实验》
实验项目：CCD单缝衍射实验

一、 实验目的：
应用ＣＣＤ单缝衍射仪作光学实验项目中单逢，双逢，多逢，双光束等的干涉，衍射实验．在电脑屏幕上实时显示曲线全貌，测量其相对光强分布和衍射角．进而测量单缝的缝宽，单丝的直径，光源的波长，双缝的缝宽和缝间距，光栅常数．

二、 实验内容与原理：
1. 实验原理：
光的衍射现象是光的波动性的一种表现，可分为菲涅耳衍射击与夫琅和费衍射两类。菲涅耳衍射是近场衍射，夫琅和费衍射是远场衍射，又称平行光衍射。将单色点光源放置在透镜L1的前焦面，经透镜后的光束成为平行光垂直照射在单缝AB上，按惠更斯--菲涅耳原理，位于狭缝的波阵面上的每一点都可以看成一个新的子波源，他们向各个方向发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2会聚后，在L2的后焦面上形成明暗相间的衍射条纹，其光强分布规律为：
（1）
其中 ，a是单缝宽度，θ是衍射角，为入射光波长。
由（1）式可见：
a) 当时，，为中央主极大的强度，光强最强，绝大部分的光能都落在中央明纹上。
b) 当时，为第K级暗纹。由于夫琅禾费衍射时，θ很小，有θsinθ，因此暗纹出现的条件为：
(2)
c. 从(2)可见，当K=±1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角，由此决定了中央明纹的宽度，其余各级明纹角宽度 ，所以中央明纹宽度是其它各级明纹宽度的二倍。
2. 实验内容：
a. 将实验系统安置在光具座上，并调整到相同高度。使激光器和单缝的距离尽量远一些，激光器前的小孔光澜的孔尽可能小一些，将激光束的大部分“高频”成分滤除。单缝的CCD光强仪之间的距离尽可能满足原场条件。（首先调节光源，减光器，光强仪的位置，调整至光线可以很好的射入CCD光强仪前端的采光窗口，然后在减光器和光强仪之间放入组合光栅，利用白纸调整光所对的光栅片，使光线可以进行相对要求的衍射。）
b. 将“CCD光强仪”与“SB14控制器”以及显示器连接。（实际操作时已连接）
c. 检查电路连接
调整光路。曲线对称调节，显示器看到图形左右不对称主要是各光学元件的几何关系没有调好引起的。观察从缝上反射的衍射光，应在激光出射孔附近，调节单缝的平面和激光束垂直（调节缝和光强仪采光窗的水平方向垂直。）
曲线削顶调节：转动减光器，增大减光量。
曲线顶部凹陷调节：主要是单缝的黑度不够，有漏光现象。
曲线不圆滑漂亮：可能是缝的边缘不直或刀口上有尘埃或是光强仪采光窗上有尘埃，可左右移动光强仪寻找较好的工作区间。
d. 测量数据。移动光标，读取衍射曲线上的几个特殊点的各值。
e. 观察研究双缝干涉和多缝干涉的现象。

三、 实验器材：
光具座，激光器，减光器，组合光栅片，LM501 CCD光强分布测量仪，计算机

四、 实验结果：
缝宽
（mm)
　　　　　空间位置
　　　光强
相对光强
（Ｉ/Ｉ０）
sin
条纹
X(ch)
X(mm)
Y(A/D)
　电压

０.１０
中央明纹
１12０
12.32
3290
8.04
1
0
一级暗纹
１１２８
12.41
43
0.11
0.014
0.00017
一级亮纹
１３５５
14.91
215
1.16
0.144
0.0050
二级暗纹
１４６０
16.06
2
0.01
00012
0.0072
二级亮纹
１３３
16.86
53
0.13
0.0162
0.0088
三级暗纹
１６３３
17.96
-11
-0.02
-0.0025
0.011

０.１２
中央明纹
１２７２
13.99
3402
9.12
1
0
一级暗纹
１４２８
15.71
198
0.49
0.054
0.0033
一级亮纹
１４９０
16.39
359
0.90
0.099
0.0046
二级暗纹
1583
17.41
59
0.15
0.0164
0.0066
二级亮纹
1642
18.06
91
0.32
0.0351
0.0079
三级暗纹
1729
19.02
29
0.07
0.0077
0.0097
Z=51.65cm 背景强度 225 0.54
　　缝宽
　（　
条纹
　　　　实验值
　　　理论计算值

中央明纹
0
1
0
1
一级暗纹
0.00017
0.014
0.0065
0
一级亮纹
0.0050
0.144

0.0475
二级暗纹
0.0072
0.0012
0.013
0
二级暗纹
0.0088
0.0162

0.0165
三级暗纹
0.011
-0.0025
0.0195
0

中央明纹
0
1
0
1
一级暗纹
0.0033
0.054
0.0054
0
一级亮纹
0.0046
0.099

0.0472
二级暗纹
0.0066
0.0164
0.0108
0
三级亮纹
0.0079
0.0351

0.0165
三级暗纹
0.0097
0.0077
0.0162
0

五、 实验结果分析：
一，产生实验误差的原因有1.实验室里有背景光存在，对光强有影响2.光束和接受器，光栅不在一直线上，3人为读数，操作方面产生4。仪器精确度不够
二，在做多光栅（N条光栅）实验时，可看到在两主级大亮纹之间有N-2次级大，有N-1暗纹
三，由于实验仪器对光非常灵敏，所以细微光强都会影响结果，所以实验在黑暗条件下做的
六、 思考题：
1. 实验过程中，光栅片与接收屏之间要满足什么条件？为什么？
答：夫琅禾费衍射的条件是光源在无限远,但实际是无法到达的，所以光栅片与接收屏之间的距离要尽可能满足远场条件,即。
2. 单缝和单丝衍射图样完全相同吗？
答：不完全相同。因为单丝衍射是光只在这条缝上不能通过，而单缝衍射是光只能透过一条缝。只有自由光场为0时,单缝和单丝的衍射图样才会完全相同。即除中心点外，单缝和单丝衍射图样的强度分布相同。

七、 教师批改评语：

成绩（百分制）：

缝宽
（mm)
　　空间位置X(ch值)
空间位置(ch值)　
光强Y（A/D值）
条纹
左
右
左
右
　左
　右

０.１0
中央明纹

一级暗纹

一级亮纹

二级暗纹

二级亮纹

三级暗纹

０.１２
中央明纹

一级暗纹

一级亮纹

二级暗纹

二级亮纹

三级暗纹