圆孔绕射.PDF

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  