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1、实验二四 衍射光强测量实验实验目的1、了解衍射的基本原理及光强分布；2、熟悉实验操作及软件的使用；3、理论知识与实验操作相结合，相互验证，掌握衍射光强的分布。实验原理夫琅和费衍射是指光源和观察者离衍射物体均为无穷远时的衍射。实际实验中只要满足光源S与衍射体D之间的距离u与D至观察屏P之间的距离v均远大于就能观察到夫琅和费衍射现象，其中a为衍射物的孔径，为光源的波长。单缝夫琅和费衍射的光强公式为： (1) (2)式中是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。公式的推导过程可参照光学教科书。图1是单缝衍射的相对光强曲线，中心为主极强，相对强度为1，横坐标也经过归一化处理，为。图1 单缝衍射的相对光强除主
2、极强为，次极强出现在的位置，他们是超越方程的根，其数值为：， (3)次极强的强度为：， (4)由式(4)可知，次极强的强度较主极强弱得多，如考虑到倾斜因素，其实际强度较式(4)所得的数值还要小些。实验装置实验系统由光源、衍射板组、接收单元、计算机、A/D转换器、工作软件组成。在本实验系统用光电转换器测量光强，用高精度的位移传感器光栅尺测量位移，因而可定量的精确测出衍射光强的分布。全部数据采集和处理由计算机控制，所得测量结果可与理论公式对比。此系统还可用于测定其它光强分布的实验。光源：氦氖激光器，波长632.8nm，功率1.5mW单缝：宽度连续可调0-2mm，精度0.01mm；高度14mm衍射板
3、组：四个多缝2、3、4、5，缝宽0.03mm，间隔0.06mm光学传感器：硅光电池测量范围：200mm测量精度：mm如图2所示单色光通过衍射元件（单缝、双缝、圆孔等）在X轴方向产生图2 实验框图衍射图形。光电探测器在计算机控制下，可在X方向移动，移动范围为20cm，每步步长为0.005mm，在工作程序的控制下可实现定点观测和一定范围内的测量。探测器前有狭缝，可调节入射光的宽窄，软件充分考虑了狭缝尺寸对测量所带来的影响。图3 仪器摆放示意图实验内容1、了解实验原理，熟悉衍射光强自动记录系统软件操作；2、启动激光器、接收器和计算机，从下拉菜单的工作方式中选择开始，从主工具栏中选择扫描，系统将检索到
4、起始位置后开始扫描（起始位置可在参数设置区设置）。3、定点测量：从工作方式中选择“定点测量”，从主工具栏中选择“定点”，执行该命令。 工作设置： 间隔：设置每采集两个数据的时间间隔（0.1s-5s）； 点数：设置显示区中所显示的数据点数（10-500点）； 最大值：设置显示区的最大值； 最小值：设置显示区的最小值； 点信息：显示当前采集点的数据信息。 当前位置：显示/修改当前的位置，点击“改变”按钮，在显示的输入框中输入位置信息（0.00-200.00mm）后，会自动检索。4、调节狭缝：在工作方式中选择“调节狭缝”，执行该命令，观察调节狭缝后的现象。5、读取谱线的数据；读取任意点的数据；自动检
5、峰；半自动检峰；6、转换左边；模拟显示；数据模拟；实验二五 偏振光调制实验实验目的1、了解偏振光的基本物理概念及其特征；2、掌握偏振光调制的实验方法；3、结合书本知识，培养实验操作能力，熟悉运用各种波片。实验原理1、偏振光的产生和检验光在传播过程中遇到介质发生发射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起变化，发生各种偏振现象。若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因而电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部分偏振光。再者，如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈
6、椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。一般情况下，人的眼睛不能直接检查偏振光，但可用以个偏振器面对偏振光进行检查，这个偏振器就成为检偏器。2、布儒斯特角当光从折射率为的介质（如空气）入射到折射率为的介质（如玻璃）交界面，而入射角又满足时，反射光即成完全偏振光，其振动面垂直于入射面。称布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。3、马吕斯定律如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上，只有相对于它的成份之一的Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份Ex(=)则被吸收。与此类似，若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为（这里是P与偏振方向之间的夹角）。由于光强与
7、振幅的平方成正比，可知透射光强随而变化的关系为，这就是马吕斯定律。、波片若使线偏振光垂直入射一透光面平行于光轴，厚度为d的晶片，此光因晶片的各向异性而分裂成遵从折射定律的寻常光（o光）和不遵从折射定律的非常光（e光）。因o光和e光在晶体中这两个相互垂直的振动方向有不同的光速，分别称作快轴和慢轴。设入射光振幅为A，振动方向与光轴夹角为，入射晶面后o光和e光振幅分别为和，出射后相位差 式中是光在真空中的波长，和分别是o光和e光的折射率。这种能使相互垂直振动的平面偏振光产生一定相位差的晶片就叫做波片。5、椭圆偏振光和圆偏振光如果以平行于波片光轴方向为x坐标，垂直于光轴方向为y坐标，出射的o光和e光可
8、用两个简谐振动方程式表示： 该两式的合振动方程式可写为 一般来说，这好似一个椭圆方程，代表椭圆偏振光。但是当 (k=1、2、3) 或 (k=1、2、3) 时，合振动变成振动方向不同的线偏振光。后一种情况，晶片厚度可使o光和e光产生的光程差，这种的晶片称作半波片，而当 (k=1、2、3) 时，合振动方程化为正椭圆方程 这时晶片厚度，称作1/4波片。它能使线偏振光改变偏振态，变成椭圆偏振光。但是当入射光振动面与波片光轴夹角时，合振动方程可写成 即获得圆偏振光。实验装置主要实验器件：He-Ne激光器（带布儒斯特窗）；格兰-泰勒棱镜；电动旋转架；波片和支架；光电探测器。实验系统示意图如下：实验内容1、
9、布儒斯特角用于起偏振He-Ne激光管因光学共振腔内的布儒斯特窗起偏振，偏振光方向沿光轴方向通过布儒斯特窗口时不发生菲涅耳反射；偏振方向垂直于入射面的光绝大部分发生菲涅耳反射，极少通过窗口，所以这种激光管输出的是偏振方向平行于入射面的线偏振光。可用格兰-泰勒棱镜检偏器予以验证。2、马吕斯定律线偏振光照射在检偏器上，绘出通过检偏器之后光束强度与关系的实验曲线与理论曲线验证该定律。3、半波片的作用在由布儒斯特窗和偏振棱镜联合作用组成的起偏器D和检偏器A之间加入半波片H，并使其绕水平转动，观察屏幕上发生消光现象的次数；然后使起偏器的偏振面与检偏器的光轴正交，加入半波片后，将它转到消光位置，再分别转动、
10、和，相应记录每次将A逐次转到消光位置所需转动的角度，根据实验数据分析半波片的作用。4、1/4波片与椭圆偏振光、圆偏振光先使线偏振光的偏振面P与检偏器A的光轴正交（这时通过A的光强显示最小），然后在两个偏振棱镜之间加入1/4波片Q，并转动Q，直到通过A的光强恢复到最小。从此位置每当Q转动、和时，都将A转动，从显示情况分析光波通过1/4波片后的偏振态。实验步骤和要求1、接通电源，启动计算机和软件；2、线偏振光照射检偏器，验证马吕斯定律；3、在起偏器D和检偏器A中间加入半波片，并将半波片绕水平轴转动一圈，观察消光现象；D和A正交并使半波片处于消光位置，转动、和，记录数据，分析半波片作用；4、先将线偏振光的偏振面P与检偏器A的光轴正交，在两棱镜间加入1/4波片，转动1/4波片到光强最小，从此位置依次转动1/4波片、和时，都将A转动，分析光波通过1/4波片后的偏振态。补充内容在试验操作过程中，仔细分析各波片所起的作用，分析光波经过波片后的偏振态，并与理论知识相结合，和琼斯矩阵有关知识相互验证。
实验二四衍射光强测量实验 实验报告
