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圆孔绕射
圓孔繞射
【目的 】
1.學習光的繞射現象和繞射的基本原理 。
2.觀察圓孔繞射在 不同距離下的花紋狀態,並測量 He-Ne雷射波長。
3.觀察和 比較單狹縫在 不同的 狹縫寬度和觀測距 離下的繞射花紋 ,並說明 其差異和原因。
【原理 】
凡是不能用反射、折射或散射來解釋的光偏 離直線傳播的現象稱為光的繞射。即光可繞
過障礙物,傳播到障礙物的幾何陰影區域中,並在障礙物後的觀察屏上呈現出光強的不均勻
分佈。通常將觀察屏上的不均勻光強分佈稱為繞射圖樣。
Huygens在 1690 年發表的《論光》一書中提出了可以解釋繞射現象的重要原理--
Huygens principle :光波擾動(波前)所到達的每一點都起著一個次級波源(子波源)的作
用,每一個次級波源發出次級 球面波(子波),它向四面八方擴展,所有這些次級波的包絡面
便是新的波前。Huygens principle可以決定光波從一個時刻到另一個時刻的傳播,確定波
的傳播方向,也可以說明繞射現象的存在。但 不能說明繞射過程及其強度分佈。
1818 年,Fresnel在研究了光的干涉現象後,認為次級波源來自於同一光源,是彼此相
干的,故綜合Huygens principle和干涉原理,得到 Huygens –Fresnel principle :波前上
任何一個未受阻擋的點,都可以看作為一個次級波源,在其後空間任一點的光振動則是這些
次級波源產生的次級波相干疊加的結果。
光的繞射現象與光的干涉現象就其實質來講,都是干涉光線波疊加引起光強的重新分佈。
不同之處在於,干涉現象是有限個干涉光線波的疊加,而繞射現象則是無限多個干涉光線波
的疊加結果。
1.圓孔繞射
圖一 圓孔繞射原理示意圖
圓孔繞射原理示意圖如圖一所示,點光源經凸透鏡聚焦後,再通過圓孔產生繞射現象,
在幕上形成一圈一圈亮暗相間的繞射環紋 ,隨著圓孔到繞射像之間的距離不同,看到的 繞射
環紋圈數也 不同。
由圖一可知:當出現第 n個 繞射環紋時(第 n階),光程差Δ= r -L =n λ
n n
圓孔繞射 -1
2 2 2
D D D
2 2 2 2 2 2 2
= +n λ, + = +2n λ +n λ , =2n λ +n λ
Ln + Ln Ln Ln Ln Ln
2 2 2
2 2
D D
2 2
D 2 nλ 2
2 2 2
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