光的衍射的研究

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1、光的衍射的研究一实验目的1深入了解各种衍射的成像规律2测量相关参量來验证有关公式3观察夫朗和费単缝和圆孔衍射图样4观察菲涅尔単缝和圆孔衍射图样二实验器材：激光电源，激光器，钠灯，测微目镜，可调狭缝，白屏，扩束镜，小孔，调整架,底座。三衍射实验分类衍射分类：观察光衍射的装置，通常由三个部分组成：光源、衍射物（缝或孔等障碍物）、观察屏。按三者相对位置的不同，町以把衍射分为两大类。一类是菲涅尔衍射，在菲涅尔衍射中，光源到障碍物，或障碍物到屏的距离为有限远，称为近场衍射，这类衍射的数学处理比较复杂。另一类是夫朗和费衍射，此时光源到障碍物,以及

2、障碍物到屏的距离都是无限远，称为远场衍射。这吋入射光和衍射光均可视为平行光。在实验室中，常需用口透镜来实现夫朗和费衍射。四多种衍射实验研究1、夫朗和费单缝衍射试验原理单缝夫朗和费衍射的实验光路如下图所示。光源S发出的光经凸透镜L，变成平行光，垂点照射到单缝上，单缝的衍射光由凸透镜L会聚在屏H上，屏上将出现与缝平行的衍射条纹。根据惠更斯一菲涅耳原理,入射光的波阵面到达单缝，单缝中的波阵面上各点成为新的了波源，发射初相相同的了波。这些了波沿不同的方向传播并由透镜会聚于屏上。如图小沿&方向传播的子波将会聚在屏上P点。。角叫做衍射角，它也是考

3、察点P対于透镜中心的角位置。沿&角传播的各个子波到P点的光程并不相同，它们之间有光程差，这些光程差将最终决定P点叠加后的光强。从上图中容易看出，单缝的两端A和B点发出的了波到P点的光程差最大，在图中为线段AC的氏度，我们称它为缝端光程差(或最大光程差)，等于：4C=dsinO①单缝夫琅和费衍射明纹、暗纹条件：asin&=±(2K+l)㊁明纹asin〃=±K2暗纹②中央明纹宽度：中央明纹的宽度为次级条纹的两倍。在屏中心0点，会聚在此点的所有子波光程相等，振动同相，叠加吋相互加强，使0点成为衍射条纹中最亮的中央明纹的屮心。③单缝衍射条纹的

4、特征：亮度分布：中央明纹授亮，各级明纹的亮度随着级数的增大而减弱，它在与狭缝垂直的方向上扩展开來，如果用狭缝平行的线光源，则在接收屏幕上将会看到一•组平行于狭缝的衍射条纹。条纹宽度：通常把相邻暗纹小心间的距离定义为明纹宽隊则由衍射暗纹位宜公式可知，各次级明条纹的线宽度为：心而中央明纹线宽度为2心。a条纹位置和宽度与缝宽和波长的关系：由前面条纹位置的特征。单缝衍射各级条纹的位置和宽度都与缝宽成反比，与入射波波长成正比。这表示缝愈窄，条纹位置离中心愈远，条纹排列愈疏，观察和测量愈清楚准确。相反，缝愈宽衍射愈差。当缝宽大到一定的程度，较高级

5、次的条纹因亮度很小，明暗模糊不清，形成很暗的廿景,其他级次较低的条纹完全并入衍射角很小的屮央明纹附近，形成单一的明纹，这就是儿何光学屮所说的单缝的像。这时衍射现象消失，成为直线传播的儿何光学，这表明儿何光学是波动光学的极限情况。实验步骤：调节各器件的准直，小孔和单缝Z间的距离必须保证满足远场条件，光源为钠灯。将小孔放置在透镜的焦点上纽成平行光，投射在狭缝上，使口镜内刻线和衍射条纹平行。川测微口镜测出屮央处最人宽度C。实验内容：测量狭缝宽度实验数据记录及处理L*:f=70mm,L:f=190mm,a测=0.21mm,X=589.3nm中

6、央明条纹宽度:e=1.15mm由公式=a*e/2得:a计=2*2f'/e=0.19473mm绝对误差:卜测-6ZTfj=

7、0.21-0.19473

8、=0.01527mm次极人明条纹宽度：e=2e*=>e=0.53mm2、菲涅尔单缝衍射菲涅尔単缝衍射实验光路如下图所示由菲涅尔衍射原理：A专+(-1)"鹭当观察屏不动吋，改变缝宽，半波带的数目改变；当半波带的数目为奇数吋，屏中央出现亮条纹，当半波带的数冃为偶数时，屏中央出现暗条纹。缝宽不变时，移动屏，当半波带的数冃为奇数时，屏中央出现亮条纹，当半波带的数口为偶数时，屏屮央岀现暗条纹。当缝宽

9、改变到很小或屏较远时，菲涅尔衍射转化为夫朗和费衍射。实验步骤：激光器通过扩束镜(以不满足远场条件)投射到单缝上，可在屏幕上出现衍射条纹，缓慢地连续地将单缝山窄变宽，同时注意屏幕上的图样，即可观察到与理论分析结果一致注意事项：狭缝不能太大，观察屏与光轴垂直。实验结果：狭缝山小变大时，菲涅尔单逢衍射图样如下图1所示图1菲涅尔单逢衍射图样3、菲涅尔孔衍射实验原理菲涅尔圆孔衍射实验光路如上图所示，由菲涅尔衍射原理：A=-+(-l)w+1—22当改变圆孔的直径或改变观察距离时，屏屮央发生明暗变化。实验步骤：将衍射单缝换成1.5mm的衍射园孔，将

10、屏幕逐渐远离园孔，将看到中心点山亮一暗的衍射结果。实验内容：菲涅尔闘孔衍射衍射条纹如何变化？实验数据记录及处理:小孔半径r=0.15mm,p点与极点boZ间的距离为r0ro由小变大时，菲涅尔圆孔衍射图样如下图2所示r=2