物理研究性实验报告夫琅禾费衍射实现微小测量.doc

PAGE PAGE 1 利用夫琅禾费衍射实现微小长度测量 （北京邮电大学 信息与通信工程学院） 摘要：光的干涉和衍射现象为光的波动说提供了有力的证据，特别是光的衍射，不仅为光的本性的研究提供了重要的实验依据，而且深刻地反映了光子（或电子等其他量子力学中微观粒子）的运动受测不准关系的制约，也是光谱分析、晶体分析、全息技术、光学信息处理等近代光学技术的实验基础。利用光电器件测量和探测光的干涉和衍射现象导致的光强在空间的分布变化情况，是近代技术中常用的光强测量方法之一。 关键词：夫琅禾费衍射；CCD；光强；微小长度 Use of Fraunhofer Diffraction Achieve Small Length Measurement ZhangYongsheng ( Beijing University of Posts and Telecommunications Information and Communication Engineering ) Abstract：Interference and diffraction of light wave theory of light phenomenon provides strong evidence, in particular the diffraction of light, not only for the nature of light study provides important experimental basis, but a profound reflection of photons (or other electronic quantum mechanics in microscopic particles) by the uncertainty relation of motion constraints, but also the spectral analysis, crystallographic analysis, holography, optical information processing and other modern optical technology experimental basis. Using the electro-optical device measurements and the probe light due to interference and diffraction of light intensity distribution in the space changes, the modern technology commonly used in measurement of light intensity. Keywords:Fraunhofer diffraction；CCD;Light intensity;Minimal length 0 引言 衍射,又称绕射,是一种波在传播过程中遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。光的衍射主要分为两种:菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射.光源和观察点距障碍物为有限远的衍射称为菲涅尔衍射;光源和观察点距障碍物为无限远的衍射,即平行光衍射为夫琅禾费衍射。本实验通过CCD光强分布测量仪分别去观察光透过矩孔和圆孔的夫琅禾费衍射现象、光强分布，并记录相关实验数据，实现对微小长度的测量：矩孔孔距、圆孔孔距，并利用数据计算光栅常数。 1 实验原理 1.1 夫琅禾费衍射 光的衍射现象是光的波动性的重要表现。根据光源及观察衍射图象的屏幕（衍射屏）到产生衍射的障碍物的距离不同，分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种，前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射，即所谓近场衍射；后者则为无限远时的衍射，即所谓远场衍射。要实现夫琅禾费衍射，必须保证光源至单缝的距离和单缝到衍射屏的距离均为无限远（或相当于无限远），即要求照射到单缝上的入射光、衍射光都为平行光，屏应放到相当远处,一般衍射物与接收屏的距离即可视为夫琅和费衍射，式中的a为缝宽。在实验室条件下，用激光作为光源，将观察屏（或光电探测器）放在较远处，就可以满足夫琅和费衍射的远场条件。 1.2矩孔衍射 激光正入射衍射屏上的矩孔是，接收屏上出现的衍射条纹是在矩孔亮斑外的互相垂直方向上出现了一些明暗条纹，如图 光束在衍射屏的什么方向上收到了限制，则在接收屏上的衍射图样就沿该方向扩展；孔的线度越