CCD单缝衍射实验模板

试验汇报
课程名称：《光电基础试验》
试验项目：CCD单缝衍射试验

一、试验目标：
应用ＣＣＤ单缝衍射仪作光学试验项目中单逢，双逢，多逢，双光束等干涉，衍射试验．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．进而测量单缝缝宽，单丝直径，光源波长，双缝缝宽和缝间距，光栅常数．

二、试验内容和原理：
1. 试验原理：
光衍射现象是光波动性一个表现，可分为菲涅耳衍射击和夫琅和费衍射两类。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前焦面，经透镜后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，在狭缝波阵面上每一点全部能够看成一个新子波源，她们向各个方向 发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2会聚后，在L2后焦面上形成明暗相间衍 射条纹，其光强分布规律为：

						I		sin	2	
							0	2			（1）
			 asin
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)

当初0，I

I

0 ，为中央主极大强度，光强最强，绝大部分光能全部落在

中央明纹上。

b)

当初

sin



K ( a

K

1 2 

)

I0 ，为第K 级暗纹。因为夫琅禾费衍

射时，θ很小，有θsinθ，所以暗纹出现条件为：



K a

(2)

c.	从(2)可见，当K=±1 时，为主极大两侧第一级暗条纹衍射角，由此决定了中央
明纹宽度			 2			
		0	a ，其它各级明纹角宽度	K		a	，所以中央明纹宽度是其它各

级明纹宽度二倍。

2. 试验内容：
a. 将试验系统安置在光具座上，并调整到相同高度。使激光器和单缝距离尽可能 远部分，激光器前小孔光澜孔尽可能小部分，将激光束大部分“高频”成份滤 除。单缝CCD光强仪之间距离尽可能满足原场条件。（首先调整光源，减光器， 光强仪位置，调整至光线能够很好射入CCD光强仪前端采光窗口，然后在减 光器和光强仪之间放入组合光栅，利用白纸调整光所正确光栅片，使光线能够

b. c.

进行相对要求衍射。） 将“CCD 光强仪”和“SB14 控制器”和显示器连接。（实际操作时已连接） 检验电路连接

调整光路。曲线对称调整，显示器看到图形左右不对称关键是各光学元件几何关系没有调好引发。观察从缝上反射衍射光，应在激光出射孔周围，调整单缝平面和激光束垂直（调整缝和光强仪采光窗水平方向垂直。）
曲线削顶调整：转动减光器，增大减光量。

曲线顶部凹陷调整：关键是单缝黑度不够，有漏光现象。

曲线不圆滑漂亮：可能是缝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求很好工作区间。

d. e.

测量数据。移动光标，读取衍射曲线上多个特殊点各值。观察研究双缝干涉和多缝干涉现象。

三、试验器材：
光具座，激光器，减光器，组合光栅片，LM501CCD光强分布测量仪，计算机

四、试验结果：

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	0.0012	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 （	中央明纹	试验值		理论计算值
		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、试验结果分析：
一，产生试验误差原因有1.试验室里有背景光存在，对光强有影响2.光束和接收器，光栅不在一直线上，3人为读数，操作方面产生4。仪器正确度不够
二，在做多光栅（N条光栅）试验时，可看到在两主级大亮纹之间有N-2次级大，有N-1

暗纹
三，因为试验仪器对光很灵敏，所以细微光强全部会影响结果，所以试验在黑暗条件下做六、思索题：
1. 试验过程中，光栅片和接收屏之间要满足什么条件？为何？

答：夫琅禾费衍射条件是光源在无限远,但实际是无法抵达，所以光栅片和接收屏之间

	距离要尽可能满足远场条件,即	b	2		1	。
2.		81
	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经过，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强度分布相同。

七、老师批改评语：

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