菲涅尔圆孔衍射实验分析(20191215230855).pdfVIP

菲涅尔圆孔衍射实验分析(20191215230855).pdf

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菲涅尔圆孔衍射光强测定的实验分析 xx (xx 学院物理系 10 级物理 2班 云南 玉溪 653100 ) 指导教师: xx 摘要:本文主要分析了菲涅尔圆孔衍射图样的特点,设计实验对光强分布规律进行验证,通过 对比证明理论值与实际值之间存在一定偏差。 关键词: 菲涅尔圆孔衍射;光强 1. 引言 “衍射”是生活中一种普遍的光学现象,但不常被人们发现和熟知。光的衍射 现象是光的波动性的重要体现。姚启钧先生在第四版《光学教程》中指出,衍射是 指光在传播过程中遇到障碍物,会绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影,并在 屏幕上出现光强分布不均匀的现象,这种现象我们就将其称为光的衍射 [1] 。衍射又 可根据障碍物到光源和考察点到障碍物的距离的不同分为两种,障碍物到光源和考 察点的距离都是有限的, 或其中之一为有限, 这就称为菲涅尔衍射, 又称近场衍射, 另一种是障碍物到光源和考察点的距离可以认为是无限远的, 则称为夫琅禾费衍射, 又称远场衍射 [1] 。 衍射实验大多集中在夫琅禾费衍射的研究,直到近些年对菲涅尔衍射光强测定 的探究才日益多了起来。顾永建曾对菲涅尔圆孔衍射中心场点光强的表示方法和分 布特点做出过研究,其分别从矢量图解法和积分法推导出菲涅尔圆孔衍射中心场点 [2] 的光强的表示方法和分布特点 。侯秀梅,郭茂田,郭洪三人曾对菲涅尔圆孔衍射 的轴上光强分布做出过研究,其从惠更斯 —— 菲涅尔原理出发,在球面波入射的情 况下,导出菲涅尔圆孔衍射时轴上光强分布的解析表达式,并对轴上光强分布进行 [3] 定量分析讨论 。陈修斌也曾对平行光的菲涅尔圆孔衍射实验进行过探究,他通过 实验观察到衍射图样的中心可亮可暗, 并用 “菲涅尔半周期带 ”原理加以分析, 解释, [4] 通过分析总结出圆孔衍射图像的中心光强的变化规律 。范体贵,吕立君利用计算 机对菲涅尔衍射问题进行了数值模拟,给出了接收屏上完整的衍射图样,计算结果 1 与实验照片符合的很好,与菲涅尔衍射半波带理论预测的轴上衍射极大与衍射极小 [5] 位置相一致 。 据上所述,我决定进一步分别从横向与径向两方面对菲涅尔圆孔衍射光强分布 进行探究,以加深对菲涅尔圆孔衍射的理解和掌握。从实验目的出发,在固定圆孔 半径,光源波长的条件下, 从横向和径向测量菲涅尔圆孔衍射光强, 并利用 origin8.0 软件把相关数据进行处理,描绘出光强在横向和径向的变化图样。 本文主要包括四个部分:第一部分是对实验原理诠释和实验设计,第二部分是 实验步骤和测量结果,第三部分是实验测量结果的讨论,第四部分是文章的结论。 2. 实验原理诠释和实验设计 2.1 实验原理诠释 首先,分析菲涅尔圆孔衍射图像是如何产生的。 光也是一种波,在波的传播过程中,我们总是能找到同相位的点,这些点共同 组成了相位相同的面,也就是同相面,我们也把它称为波面。早在 1960年惠更斯为 了说明波在空间各点逐步传播的原因,曾提出过猜想,认为在波面上的任何一个点 都可以看成是一个次波源,由这个次波源发出球面子波,并逐级的往下传递,也就 发现了光可以绕过障碍物传播,也就很好的说明了衍射现象的存在。同时,为了进 一步说明衍射图样是明暗相间的同心圆,菲涅尔根据光的干涉,认为在传播过程中 产生的子波都是由共同的光源提供,因此他们之间具有相干性,一个子波的振动幅 度应该是前面所有子波共同叠加的结果,由于光程差的存在,导致衍射中出现了明 暗相间的同心圆环。

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