菲涅尔圆孔衍射实验分析(20191215230855).pdfVIP

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。