WGZ-II 光强分布测定仪说明书

产品说明书一、概述WGZ-II/IIA型光强分布测试仪用硅光电池作光电转换元件，数字式检流计测量光电转换后的光电流值，其性能稳定，操作简便，读数准确直观。

本产品为普通物理、物理光学的基本实验仪器，主要功能有：1、单缝、单丝、双缝、多缝等衍射、干涉图形的一维光强分布测定；2、小孔、小屏、矩孔、双孔、光栅和正交光栅等的衍射、干涉现象演示实验；3、偏振光实验光强变化的测定；4、验证马吕斯定律。

二、技术参数与指标一、导轨长度1200mm二、激光器座规格（IIA型中未予配置）可配250mm氦氖激光器三、分划板分小孔狭缝板和光栅板两种详细规格见图一、图二四、可调狭缝宽度0—1 mm（连续可调）五、扩束镜倍率13X六、一维光强分布测量距离＞80 mm最小读数：0.01 mm七、偏振光实验测量范围360°刻线最小读数：2°八、数字式检流计光电流测量范围：0~2×10-4A最小读数：1×10-10A九、供电电源交流220V±11V，频率50HZ（交流稳压）十、仪器净重42kg图一小孔狭缝板单缝F1：a= 0.1 F2：a=0.2 F3：a=0.3单丝S1：a= 0.1 S2：a= 0.2 S3：a= 0.3小孔XK1：φ= 0.2 XK2：φ= 0.3 XK3：φ= 0.4 小屏XP1：φ= 0.2 XP2：φ= 0.3 XP3：φ= 0.4图二光栅板正交光栅GS1：纵横均为50条/mm 光栅GS2：50条/mm 双孔φ= 0.2 SK1：d=0.25 SK2：d=0.32 SK3：d=0.4 矩孔：JK a= 0.12，b=0.2 单缝DF1：a= 0.08 双缝SF1：a= 0.08 d= 0.16 SF2：a= 0.08 d= 0.20 SF3：a= 0.06 d= 0.10多缝DF1：4缝a= 0.06 d=0.1×4 DF2：9缝a= 0.06 d= 0.1×9三、仪器组成仪器含导激光器座（IIA型中未予配置）、半导体激光器（IIA型中配置，II型中未予配置）、导轨、二维调节架、一维光强测试装置、分划板、可调狭缝、平行光管、起偏检偏装置、光电探头、小孔屏、数字式检流计（全套）、专用测量线等。

按测量一维光强分布和测量偏振光光强分布两种方式可构成两种装置，分别见图三和图四。

图三衍射、干涉等一维光强分布的测试（以II型为例）1、激光电源2、激光器3、单缝或双缝等及二维调节架4、小孔屏5、导轨6、光电探头7、一维光强测量装置8、WJF型数字式检流计图四测量偏振光光强（以II型为例）1、激光电源2、激光器3、扩束镜及平行光管4、起偏检偏装置5、光电探头 6 、WJF型数字式检流计（注：本仪器不含激光电源、激光管，在订购时敬请留意）四、使用说明本产品用硅光电池作光电转换元件，数字式检流计测量光电转换后的光电流值，为了实现光强分布的逐点测量，在光电池表面处装一狭缝光阑，用以控制光电池的受光面积，硅光电池和光阑安装在可以沿屏方向移动的测量装置上，其位置由测量装置准确读出。

一、WJF型数字式检流计该检流计用于微电流的测量，其正面如图五所示：图五WJF数字式检流计1、数字显示窗2、量程选择3、衰减旋钮4、电源开关5、保持开关6、调零旋钮7、模拟输出孔8、被测信号输入口检流计的测量范围为1×10-10~1.999×10-4A，分为四挡：第1档0.001~1.999×10-7A 内阻＜10Ω第2档0.01~19.99×10-7A 内阻＜1Ω第3档0.1~199.9×10-7A 内阻＜0.1Ω第4档1~1999×10-7A 内阻＜0.01Ω测量误差为±1个字。

使用时：1、接上电源（要求交流稳压220V±11V，频率50HZ输出），开机预热15分钟；2、量程选择开关置于“1”档，衰减旋钮置于校准位置（即顺时针转到头，置于灵敏度最高位置），调节调零旋钮，使数据显示为－.000（负号闪烁）；3、选择适当量程，接上测量线（线芯接负端，屏蔽层接正端，如若接反，会显示“－”），即可测量微电流；4、如果被测信号大于该档量程，仪器会有超量程指示，即数码管显示“]”或“E”，其他三位均显示“9”，此时可调高一档量程（当信号大于最高量程，即2×10-4A时，应换用其他仪表测量）；5、当数字显示小于190，小数点不在第一位时，一般应将量程减小一档，以充分利用仪器的分别率；6、衰减旋钮用于测量相对值，只有在旋钮置于校准位置（顺时针到底）时，数显窗才指示标准电流值；7、测量过程中，需要将某数值保留下来时，可开保持开关（指示灯亮），此时，无论被测信号如何变化，前一数值保持不变。

二、衍射、干涉等一维光强分布的测试1、按图三搭好实验装置。

此前应将激光管装入仪器的激光器座上（本仪器不包含激光器，需另行购置），并接好电源；2、打开激光器，用小孔屏调整光路，使出射的激光束与导轨平行；3、打开检流计电源，预热及调零，并将测量线连接其输入孔与光电探头；4、调节二维调节架，选择所需要的单缝、双缝、可调狭缝等，对准激光束中心，使之在小孔屏上形成良好的衍射光斑；5、移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当；6、开始测量，转动手轮，使光电探头沿衍射图样展开方向（x轴）单向平移，以等间隔的位移（如0.5mm或1mm等）对衍射图样的光强进行逐点测量,记录位置坐标x和对应的检流计（置适当量程）所指示的光电流值读数I，要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应的坐标的测量；7、绘制衍射光的相对强度I/I0与位置坐标x的关系曲线。

由于光的强度与检流计所指示的电流读数成正比，因此可用检流计的光电流的相对强度i/i0代替衍射光的相对强度I/I0。

8、由于激光衍射所产生的散斑效应，光电流值显示将在时示值的约10%范围内上下波动，属正常现象，实验中可根据判断选一中间值，由于一般相邻两个测量点（如间隔为0.5mm时）的光电流值相差一个数量级，故该波动一般不影响测量。

三、偏振光实验1、按图四搭好实验装置；2、同上，打开激光电源，调好光路，使在平行光管后的小孔屏上可见一较均匀圆光斑；3、同上，打开检流计，预热及调零；4、旋去光电探头前的遮光筒，把探头旋接在起检偏装置上，然后连好测量线；5、将起偏检偏器置于平行光管后并紧帖平行光管，使光斑完全入射起检偏器；6、转动刻度手轮（连起偏器），在检流计上观察光强变化，以验证马吕斯定律。

五、注意事项及维护保养1、使用电源220V±11V，频率50HZ，要求交流稳压输出；2、仪器的使用和储存环境要求室温控制在-5~+30C的范围内，相对湿度不大于70%，不宜将仪器直接放置地面或靠近暖气及阳光直接照射的地方，存放期间应用仪器包装箱密存；3、不要在强光、潮湿、震动较大的场合使用，以免影响测量精度；4、使用完毕，应将两块分划板及可调狭缝包藏好，以免受污、受损；5、导轨应经常保持润滑，定期上油；6、光电探头使用完毕后应收妥放置于较暗处，避免光电池长时间暴露于强光下加速老化。

六、仪器的成套WGZ-II型：导轨一根激光器座一副导轨移动座（四只大孔、二只小孔）六只二维调节架一副一维光强测量装置一台分划板二件可调狭缝一件扩束镜与平行光管一只起检偏器装置一套光电探头一只小孔屏一块数字式检流计（全套）一台专用测量线一根干燥剂一袋使用说明书一本产品合格证一份选购件JGQ-250氦氖激光器连电源（分体式）一台WGZ-IIA型：1、除激光器座未予配置，其余与II型相同2、标配半导体激光器一个（输出波长λ=635nm）附：应用实例1、观察、测量单缝的夫琅禾费衍射原理：光的衍射现象是光的波动性的重要表现。

根据光源及观察衍射图象的屏幕（衍射屏）到产生衍射的障碍物的距离不同，分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种，前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射，即所谓近场衍射；后者则为无限远时的衍射，即所谓远场衍射。

要实现夫琅禾费衍射，必须保证光源至单缝的距离和单缝到衍射屏的距离均为无限远（或相当于无限远），即要求照射到单缝上的入射光、衍射光都为平行光，屏应放到相当远处，在实验中只用 两个透镜即可达到此要求。

实验光路如图六所示，图六 夫琅禾费单缝衍射光路图与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0处，是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0，与光轴方向成Ф角的衍射光束会聚于屏上P A 处，P A 的光强由计算可得：220sin ββI I A =)sin (λϕπβb =式中，b 为狭缝的宽度，为单色光的波长，当β=0时，光强最大，称为主极大，主极大的强度决定于光强的强度和缝的宽度。

当β=K π，即：时，出现暗条纹。

除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由数学计算 可得出现这些次极大的位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大的相对光强I/I 0依次为0.047，0.017，0.008，…图七 夫琅禾费衍射的光强分布b Kλφ=sin ），，，⋅⋅⋅±±±=321(K夫琅禾费衍射的光强分布如图七所示。

图八 夫琅禾费单缝衍射的简化装置用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度b 一般很小，这样就可以不用透镜L 1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即D 远大于b ）则透镜L 2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图八，这时，由上二式可得①实验操作步骤：按《使用说明》中第二款，衍射、干涉一维光强分布的测试中的各条逐条进行。

可在坐标纸上以横轴为测量装置的移Dx /tan sin =≈φφxD K b /λ=动距离，纵轴为光电流值，将记录下来的数据绘制出来，就是单缝衍射光强分布图；②最后将各次极大相对光强与理论值进行比较，分析产生误差的原因。

2、测量单缝的宽度①测量单缝到光电池的距离D，用卷尺测取相应移动座间的距离即可；②再从前一步骤中所得的分布曲线可得各级衍射暗条纹到明条纹中心的距离x k，求出同级距离x k的平均值x k，将和D值代入公式，计算出单缝宽度，用不同级数的结果计算平均值。

3、观察偏振光现象①实验操作步骤按使用说明中第三款偏振光实验中的各条逐条进行；②置起偏器读数鼓轮于“0”位置，开始测量。

转动分度盘（连检偏器）20或40，从检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来，测量一周；③用方格纸或坐标纸将记录下来的数值描述出来就是偏振光实验的光强变化图；④在转动刻度盘（连起偏器）一周的过程中，可找到两个位置，在检流计上的读数为0时，出射光强为零，此现象为消光现象，但因为杂散光或偏振片不完全理想等因素，无法得到完全的消光效果，所以一般情况下，可在检流计上读出接近于零的最小读数。