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圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射卵圆孔未闭光的衍射

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圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射卵圆孔未闭光的衍射圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射卵圆孔未闭光的衍射 ? 基础物理实验 – 93 – 实验10 圆孔衍射 当光在传播过程中经过障碍物,如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时,一部分光会传播到几何阴影中去,产生衍射现象。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解,而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布,利用光电元件测量光强的相对变化,是测量光强的方法之一,也是光学精密测量的常用方法。 一、实验目的 ,(观察圆孔衍射现象,加深对衍射理论的理解。 ,(会用光电元件测量...
圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射卵圆孔未闭光的衍射
圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射卵圆孔未闭光的衍射 ? 基础物理实验 – 93 – 实验10 圆孔衍射 当光在传播过程中经过障碍物,如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时,一部分光会传播到几何阴影中去,产生衍射现象。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解,而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布,利用光电元件测量光强的相对变化,是测量光强的方法之一,也是光学精密测量的常用方法。 一、实验目的 ,(观察圆孔衍射现象,加深对衍射理论的理解。 ,(会用光电元件测量圆孔衍射的相对光强分布,掌握其分布规律。 二、实验仪器 H-N激光器、单缝及二维调节架、光电探测器及移动装置、数字式万用表、钢卷尺等。ee 三、实验原理 圆孔衍射的基础是惠更斯-菲涅尔原理,,经过计算可以得到:在沿光传播方向圆孔的中轴线上,总是光强极大(设平面光波沿圆孔轴线传播),偏开中轴线一定角度,诸子波相干叠加正好相消,则出现第一级暗线,由于圆孔激起子波的轴对称性,暗线将是暗环,再增大偏开轴线角度,可得到一系列暗环,暗环之间为亮环,即衍射次极大。直径为D的圆孔的夫琅和费衍射光强的径向分布可通过贝塞耳函数表示。夫琅和费圆孔衍射图样的中央圆形(零级衍射)亮斑通常称为艾里斑,艾里斑的大小可用半角宽度即第一级暗环对应的衍射角为: , ,sin,1.22,,D 圆孔衍射各极小值的位置(衍射角)在0.610π,1.116π,1.619π,… 处,各极大值的位置(衍射角)在0,0.0819π,0.133π,0.187π,… 处,其相对光强I/I0依次为1,0.0175,0.042,0.0016,…。零级衍射的圆亮斑集中了衍射光能量的83.8% 。 夫琅和费衍射不仅表现在单缝衍射中,也表现在小孔的衍射中,如图10-1所示。平行的激光束垂直地入射于圆孔光阑1上,衍射光束被透镜2会聚在它的角平面3上,若在此焦平面上放置一接收屏,将呈现出衍射条纹。衍射条纹为同心圆,它集中了84%以上的光 P能量,点的光强分布为: – 94 – ? 基础物理实验 2,,2Jx,,1 (10-1) I,I0,,x,, ,,Jx为一阶贝塞尔函数,它可以展开成的级数 x1 3 12 O2a,I P f 图10-1 圆孔衍射示意图 2k,1k,1,x,,,,,,, (10-2) Jx,,,1,,!1!2,kk,,k,o 可以用衍射角及圆孔半径表示 xa, ,2a (10-3) x,sin,, 式中是激光波长(激光器纳米)。衍射图样的光强极小点就是H—N,,,623.8ee 一阶贝塞尔函数的零点,它们是x=3.832,7.0162,0.174,13.32,…;衍射条纹的光强0 D极大点对应的x=5.136,8.460,11.620,13.32,…。中央光斑(第一暗环)的直径为, PPr点的位置由衍射角来确定,若屏上点离中心的距离为(r,fsin,),则中央,O D光斑的直径为 xx,ff,,0101Dff,2sin,2,,,1.22 (10-4),aaa2,, x,3.832n其中,是一阶贝塞尔函数的第一个零点。同理,可推算出第个暗环直01 D径为 n xf,0nD,, na, ? 基础物理实验 – 95 – x,f0n,,a (10-5) D,n x其中,是一阶贝塞尔函数第个零点,(n=1,2,3,…)。由(10-4)可知,只要n0n D测得中央光斑的直径,便可求得小孔半径。 a 四、实验内容 ,.调整光路:调整激光束、单缝及光电检测器达到同轴等高。激光垂直照射在单缝平面上,接收屏与圆孔之间的距离大于1m。调节光电检测器透光缝约,,,。 2. 观察圆孔衍射现象,将激光束照亮圆孔,在接收装置处先用屏进行观察,调节圆孔左右位置,使衍射花样对称。观察衍射条纹的变化,观察各级明条纹的光强变化。 3. 测量衍射条纹的相对光强 (1)本实验装置实现信号的光电转化,用双量程的光功率计进行测量。测量从低量程开始,为避免仪器零点漂移影响,最好不要换量程; (2)从一侧衍射条纹第三级暗环开始,记下游标卡尺读数;同方向移动游标,间隔0.5,,读一次光功率计数值,一直测到另一侧第三级暗环为止。 4(圆孔直径a的测量 f,由公式: D (10-6),,1.220a D测量f,计算中央光斑的直径,计算小孔半径。 a0 五、数据记录及处理 1. 自己设计表格,记录数据。 2. 将所测得的I值做归一化处理,即将所测的数据对中央主极大取相对比值I/I(称O为相对光强),在直角坐标纸上描出I/I,X曲线。 O 3. 由图中找出各次极大的位置与相对光强,分别与理论值进行比较。 4. 圆孔的测量 (1)从所描出的分布曲线上,确定 n=1时的暗环的直径D,将D值与f值代入公式(10-6)中,计算圆孔直径a;测三次并求出算术平均值,并与给定值比较。 DDD(2)取n=1,2,3,…,测出第1,2,3,…,个暗环的直径,,,…,312 aa由(10-5)式,分别计算出圆孔半径,求出值。 六、思考题 – 96 – ? 基础物理实验 ,(夫琅和费衍射应符合什么条件, ,(如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上,将会产生怎样的衍射花样,可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径,
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