北邮单缝衍射实验

时间:2024.3.27

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电磁场与微波测量实验报告

------单缝衍射实验

学院:电子工程学院

专业:电子信息科学与技术

班级:

学号:

姓名:

组员:

                        日期:2013.4.1

实验二 单缝衍射实验

一、   【实验目的】

掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响

二、   【预习内容】

电磁波单缝衍射现象

三、   【实验设备与仪器】

S426型分光仪

四、   【实验原理】

当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时,就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的,中央最强,同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小,直至出现衍射波强度的最小值,即一级极小,此时衍射角为  ,其中λ是波长,a是狭缝宽度。两者取同一长度单位,然后,随着衍射角增大,衍射波强度又逐渐增大,直至出现一级极大值,角度为:926单缝-1

五、   【实验步骤】

仪器连接时,预先接需要调整单缝衍射板的缝宽,当该板放到支座上时,应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致,此刻线应与工作平台上的900刻度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处,此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角00开始,在单缝的两侧使衍射角每改变20  读取 一次表头读数,并记录下来,这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。

根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角,并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。

六、   【实验结果及分析】

记录实验测得数据,画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线,根据微博波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角,与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。

(1)单缝衍射实验α=70mm,50mm,20mmλ=32mm;

(a)整理以上数据表格标注一级极大,一级极小对应的角度值。

(b)画出衍射曲线

(c)根据公式算出一级极大和一级极小的衍射角,和实验曲线求得的极大极小对应的衍射角进行比较。

     根据:一级极小衍射角

         一级极大衍射角

数据分析:

从表格和衍射曲线图中可以发现当α=70mm,一级极大和极小的值比较容易找出,并且测量值与理论值的误差较小在3.3度以内,基本验证了单缝衍射的定理。

但是在α=50mm时候,一级极小值的测量值与理论值相差不大,但是一级极大值就有很大出入,经过分析发现,是由于实验数据不足,然后错误地把40度这个衍射角的曲线的一个小波动当成了是极大值,这是错误的,因为很可能是由于环境中的电磁波干扰导致的一个波动。

由于α=20mm时,小于波长λ=32mm,所以不能产生衍射现象,所以测得的曲线呈现极大的看似无规律的上下波动,无法得出一级极大和极小的衍射角度。

综上所述,在α=70mm和α=50mm的实验结果来看,在误差范围内,基本符合衍射定律。

七、【误差分析】

实验的误差主要来自三个方面:一个是环境因素,一个是实验装置因素,还有一个是人为因素。

1、                环境因数:由于实验室同时有多台实验装置同时进行实验,电磁波的衍射反射折射导致的相互间的电磁波干扰较大,所以环境因数时刻随着周围同学的实验过程在变,导致了一些测量的不规律波动,产生误差。

2、                实验装置因素:实验装置没有校准好就进行实验,导致一些系统误差的产生,比如,我们组的实验仪器的发射器就出现了发射器的喇叭没有与固定臂调整完全平行,导致测量角度普遍存在与实际值的偏差,在后来重新校准后测量结果才精确。

3、                人为因素:由于实验室的环境因素的影响,导致接收电流一直在某个读数附近波动,无法稳定,给我们的读数照成一定的误差。

八、【实验心得

 在经过这次的电磁波单缝衍射试验后,我对于电磁波的单缝衍射现象有了更为深入的认识,并且通过亲自动手实验,更有了对于电磁波单缝衍射规律的直观体会,并且在试验中遇到了许多在课程上不成考虑过的问题,比如实验仪器的校准,如何排除干扰等,这些经历都让我对理论与实验的相互结合有了更加深刻的认识,并且意识到,书本上的知识只是死的,而只有让其运用到实验中去,并且根据实验的条件和装置,灵活修正才算是给理论知识注入真正的活力,这次实验让我颇有感触,对后续的实验与学习都有很大的启发和帮助!

               

九、【建议

     1、实验中,我觉得实验仪器的校准非常重要,在此次实验的开始,我们上来就进行测量,导致第一组数据都出现了较大的偏差,检验后发现是由于发射喇叭没有调整平行,所以我建议实验教材中能够对于实验仪器的介绍能够介绍得更为详细一些,比如每个螺丝是用来干什么的,如何调节实验装置等,这些对于我们对实验仪器的上手和调整都很有帮助,我们经常没有意识到实验仪器的问题,或者因为不熟悉仪器的使用,忽略了一起校准这一个非常关键的步骤。

2、另外,实验的互相之间的干扰太大,希望实验室能够采取某些防止干扰的措施,比如在仪器之间做一些隔离措施,或者减少一次同时进行实验的人数。

3、在这次实验中,当α=50mm时,由于表格中给出的要测角度只到52度,而其一级极大衍射角在73.75,这样,我们根本没有测到该衍射角度的衍射强度,导致最后误把一个测量误差的波动当成了一级极大,所以可以适当地多测一些数据。


第二篇:CCD单缝衍射实验


中国计量学院实验报告

课程名称:《光电基础实验》

实验项目:CCD单缝衍射实验

实验时间:2007.11.06

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,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:

Z=51.65cm 背景强度  225   0.54

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):

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