光的衍射现象研究

实验目的：

   a．观察单缝衍射现象及其特点；

b．测量单缝衍射的光强分布；

实验仪器：

    导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WGZ2型光强分布测试仪

实验原理和方法：

    光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。

实验内容和步骤：

   实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽。

    实验中用硅光电池作光强的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流与光照强度成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流进行处理，从而将光强以数字显示出来。

    a．按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；

    b．激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左右，加上本实验采用的是方向性很好，发散角的激光作为光源，这样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜和。；

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光的夫琅和费衍射

实验报告数据处理： 一．用光电池测波长: 位置读数

（mm） 光电流偏转格数

11.98 86 12.18 85 12.38 81 12.58 74 12.78 65 12.98 57 13.18 45 13.38 34 13.58 25 13.78 16 13.98 10 14.18 5 14.38 2 14.58 0 14.78 0 14.98 1 15.18 2 15.38 3 15.58 4 15.78 5 15.98 5 16.18 4 16.38 3 16.58 2 16.78 1 16.98 0 17.18 0

得到对称数据为：

光电流偏转格数

Sinψ=(b-bo)/L

86 0

85 -0.000350877 81 -0.000701754 74 -0.001052631 65 -0.001403508 57 -0.001754385 45

-0.002105262

Sinψ

=(b-bo)/L

0.000350877 0.000701754 0.001052631 0.001403508 0.001754385 0.002105262 0.002456138 0.002807014 0.003157889 0.003508765 0.00385964 0.004210514 0.004561388 0.004912261 0.005263134 0.005614006 0.005964877 0.006315747 0.006666617 0.007017486 0.007368354 0.007719222 0.008070088 0.008420953 0.008771817 0.00912268

I/Io 1

0.988372093 0.941860465 0.860465116 0.755813953 0.662790698 0.523255814

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20##—20##学年度上学期物理实验教学示范中心

研究报告

说明：

1、研究现状：综述其他人对该实验项目的研究情况，取得了哪些成果。

2、参考文献：包括书刊、杂志、网络资料等。

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北京科技大学实验报告

实验名称：夫朗和费衍射及菲涅耳衍射

目的要求：

（1）观测单缝衍射的光强分布，验证光强分布理论；

       （2）观察几类夫琅和费衍射现象，加深对光的衍射现象和理论的理解；

       （3）观察几类菲涅耳衍射现象，加深对光的衍射现象和理论的理解。

实验原理：

夫琅和费衍射：

光源和观察点距障碍物为无限远的衍射称为菲涅尔衍射。在实验中只需用平行光源或发散点光源+凸透镜即可达到同样效果。

在本次实验中我们通过测量比较光电流大小来比较衍射光斑不同位置光强的大小。

       单色点光源S位于透镜L₀的物方焦距F₀上，其发出的球面（或柱面）光波经透镜L₀准直后，变为沿主轴方向传播的平面波并垂直投射在衍射屏C上，进而由透镜L将衍射屏在无限远处引起的夫琅和费衍射图样成像在L的像方焦平面上。

A     单缝衍射

原理图：

       单缝衍射的光强分布 ，其中，。

       当时光强最大，这是中央零级亮条纹，成为主极强。

       当 ，其中k为整数时，出现暗条纹。

B     矩形孔衍射

       矩形孔可以看做两个狭缝的正交叠置，光波不仅同时在两个正交方向上受到限制，而且在其他方向上也受到限制。

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实验七 光的衍射实验

一、实验目的

1.   观察夫朗和费衍射图样及演算单缝衍射公式；

2.   观察夫朗和费圆孔衍射图样；

二、实验原理

平行光通过狭缝时产生的衍射条纹定位于无穷远，称作夫朗和费单缝衍射。它的衍射图样比较简单，便于用菲涅耳半波带法计算各级加强和减弱的位置。

设狭缝AB的宽度为（如图1，其中把缝宽放大了约百倍），入射光波长为λ，

图1

O点是缝宽的中点，OP0是AB面的法线方向。AB波阵面上大量子波发出的平行于该方向的光线经透镜L会聚于P0点，这部分光波因相位相同而得到加强。就AB波阵面均分为AO、BO两个波阵面而言，若从每个波带上对应的子波源发出的子波光线到达P0点时光程差为λ/2，此处的光波因干涉相消成为暗点，屏幕上出现暗条纹。如此讨论，随着角的增大，单缝波面被分为更多个偶数波带时，屏幕上会有另外一些暗条纹出现。若波带数为奇数，则有一些次级子波在屏上别的一些位置相干出现亮条纹。若波带为非整数，则有明暗相间的干涉结果。总之，当衍射光满足：

     （）

时产生暗条纹；当满足：

     （）

时产生明条纹。

在使用普通单色光源的情况下（本实验使用钠灯），满足上述原理要求的实验装置一般都需要在衍射狭缝前后各放置一个透镜。但是一种近似的方法也是可行的，就是使光源和观测屏距衍射缝都处在“远区”位置。用一个长焦距的凸透镜L使狭缝光源S_P1成像于观测屏S上（如图2），其中S与S_P1的距离稍大于四倍焦距，透镜大致在这个距离中间，在仅靠L安放一个衍射狭缝S_P2，屏S上即出现夫朗和费衍射条纹。

图2

设狭缝SP2与观测屏S的距离为b，第k级亮条纹与衍射图样中心的距离为xk则

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衍射光强分布的测量

1008406006 物理师范 陈开玉

摘要：为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律，本实验设计了基于水平光路的测量方法。运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大，并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。

关键词：衍射   自动光强记录仪   单缝  多缝

一、引言

光的衍射现象是光的波动性的重要表现，并在实际生活中有较多应用，如运用单缝衍射测量物体之间的微小间隔和位移，或者用于测量细微物体的尺寸等。本实验要求通过观察、测量夫琅禾费衍射光强分布，加深对光的衍射现象的理解和掌握。

二、实验原理

1,衍射的定义: 波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象,而光也是波的一种, 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样

2,光的衍射分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射, 夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射;而菲涅尔衍射是指光源和观察点距障碍物为有限远的衍射.本实验研究的只是夫琅禾费衍射.实际实验中只要满足光源与衍射体之间的距离u,衍射体至观察屏之间的距离v都远大于就满足了夫琅禾费衍射的条件,其中a为衍射物的孔径,λ为光源的波长.

3,单缝、单丝衍射原理：

如上图所示，a为单缝宽度，缝和屏之间的距离为v，为衍射角，其在观察屏上的位置为x，x离屏幕中心o的距离为OX=，设光源波长为λ，则有单缝夫琅禾费衍射的光强公式为：

式中是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。

若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中，则所成函数图象大致如下

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