光的干涉与衍射

光的干涉与衍射 实验三 光的干涉与衍射 【实验目的】 1. 了解光的干涉与衍射特性 2. 自选、自学、自做，独立完成实验操作，培养实践能力和创新精神 3. 验证光的干涉与衍射特性并对各种现象进行正确解释 【仪器用具】 He,Ne激光器，扩束镜，接收屏，不同间距的双缝，双棱镜，迈克尔逊干涉仪，缝宽可调的单缝，单孔屏(多组)，单丝，孔缝屏组件等 【实验 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 】 (一)光的干涉现象 二束相干光(或多束光)叠加在一起，能够引起光强的重新再分布的现象叫做光的干涉。这种干涉是光波的振幅叠加引起的，因而在干涉区产生明暗相间的干涉条纹。 1、双缝干涉 双缝干涉是由两个相干光源发出的光在场区相干叠加而产生的现象。我们用激光作为光源来照射双缝，在远处的接收屏上将看到一系列等间距、明暗相间的条纹。当用间距不同的双缝时，屏幕上的条纹间距也会随之改变，并且两者的变化呈现出相反趋势。下面我们给出理论上的解释。 假设双缝间隔为d ，缝与屏之间的距离为L(其光学结构如图1所示)，则在接收屏上的光强分布为:，相位差， 为光程差。 可以看出:(1)明条纹中心满足条件: (为明条纹干涉级次)，即明条纹中 心坐标为:，(=0，?1，?2，„„) (2)暗条纹中心满足条件:， del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei. 即，暗条纹中心坐标为:， (=0，?1，?2，„„)。屏幕上相邻两个明条纹(或暗条纹)中心之间的线距离称为条纹间距，因而条纹间距为:。由以上理论可以得出以下结论:?屏幕上的条纹间距与波长成正比，与L成正比，与双孔间距成反比;?λ，L，d变化时，零级条纹中心位置不变。 2、双棱镜干涉 双棱镜干涉原理类似于双缝，它采用通过双棱镜的折射成像来“产生”两个相干光源(其结构如图2所示)。两像的间距为:d=2L(n,1.0)α屏幕上的条纹间距1 为: ， (L=L+L)，n为双棱镜的折射率，α为双 12 棱镜顶角，L为光源到双棱镜的距离，L为 12 双棱镜到屏幕的距离。可以看出双棱镜干涉 在原理上与双缝干涉是一致的。(关于细节的 理论推导，有兴趣的同学可以参阅赵凯华编 写的《光学》)。 3、迈克尔逊干涉仪(略) (二)、光的衍射现象 光的衍射现象是光的波动性的重要体现。在几何光学中，我们是以光在均匀介质中直线传播的规律作为处理问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的准则;而在物理光学中，光波碰到障碍物时，光波也会传播到障碍物的几何阴影内，这种现象称为光的衍射现象。下面我们介绍几组光的衍射的实验，以了解光的衍射现象的特点和规律。 1、单缝衍射 del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei. 用一束激光照在一个宽度可调的竖直单狭缝上，在数米外放置接收屏幕。图7是一系列这样得到的衍射图样。当狭缝较宽时，对入射光束没有限制，屏幕上出现一个亮斑，它是入射光束沿直线投射的结果。此时衍射效果极不明显。收缩缝宽，使之对光束左右两侧施加越来越大的限制时，屏幕上的光斑将向两侧水平方向铺展 ，同时出现一系列亮暗相间的结构(从图(a)到图(d))。其中中央亮斑亮度最大，两侧递减，这时衍射现象十分明显。随着狭缝进一步变窄，中央亮斑不断沿水平方向扩展，两侧亮斑向外疏散(图(c))。最后当 狭缝很窄时，中央亮斑已延伸为一条水平细带(图(d))，在整个视场内再也观察不到光强的周期性起伏;这时衍射向散射过渡。狭缝收缩过程中，幕上光强总的来说变得越来越暗淡。 为了更简便地了解衍射特性，我们给出单缝衍射的强度分布公式:，其中，θ为衍射角，a为狭缝宽度，λ为单色光的波长;衍射场中相对强度，等于，称之为单缝衍射因子。 单缝衍射特点: ?主极强出现在α=0的位置，即零级衍射斑的中心就是几何光学的像点; ?次极强出现在的位置，即数值为:?1.43π，?2.46π，?3.47π，„„ 对应的值为:?1.43λ/a，?2.46λ/a，?3.47λ/a，„„ 各次极强的强度为:I?4.7%I，I?1.7%I，I?0.8%I，„„ 102030 ?暗斑位置出现在而的位置，即?π，?2π，?3π，„„ del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei. ?1λ/a，?2λ/a，?3λ/a，„„ ?亮纹的角宽度(相邻暗纹的角距离) 零级亮斑的角宽度为，它比其它亮斑的角宽度大一倍。 2、从方孔到圆孔的衍射 转动单缝的方向，则衍射图样随之转动，且其延伸的方向总保持与缝的走向正交。当把缝变成方孔时(相当于两条同宽度相互垂直的缝)，则衍射图样也沿相互正交的两个方向延伸(如图8所示)。 我们同样可以用光强分布的公式，， ;其中θ、φ为x，y方向的衍射角;a为方孔的边长。其特点类似单缝，不同的是它在二维平面内分布。 根据实验我们可以知道随着孔的边数的增加，将会出现更多的延伸方向，并且这些延伸方向都与它们对应的多边形的一边垂直。当多边形的边数趋于无穷大时，多边形就成为一个圆，即成为圆孔衍射。根据类比性质，可以推得圆的衍射斑也是一组同心圆。衍射图样如图9所示。 通过改变孔的形状或线度，我们可以看出衍射特点: ?光束在衍射屏上什么地方受限制，则接收屏幕上的衍射图样就沿该方向延伸。 ?光孔线度越小，对光束的限制越厉害，则衍射图样越加扩展，即衍射效应越强。 del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei. 图8 方孔衍射图 图9 圆孔衍射图 图10 圆屏衍射图 3、圆屏衍射现象 验证光的衍射现象的有力实验是圆屏衍射实验。它是用一束光波照射在不透光的圆屏上，如果光只有粒子性，则光沿直线传播遇到障碍物圆屏后，必然在其后形成圆屏的阴影。但是根据菲涅耳的光的波动说，圆屏阴影中间应该有一个亮点(泊松亮点)。当初泊松就想利用这一不可思议的现象来否定波动说。事实上，用相干性很好的He,Ne激光器发出的光照射在圆屏上，在屏后面一定距离处，实验者的确可以看到圆屏的阴影中心出现亮点(如图10所示)。这一亮点的存在，说明了光经过障碍物时偏离了直线运动而投射到几何阴影的中心;从而有力地验证了光的波动说。 4、多缝衍射光的干涉现象 前面已经介绍了单缝衍射和双缝干涉，现在来考虑两者共同的作用，这里仅从理论上做一定的说明。 ，其中，，N条狭缝的光强分布为: 为狭缝宽度，为两缝之间距，为条纹对透镜中心(或人眼)的张角。为衍射因子，为缝间干涉因子。下面分别对以上两个因子的作用进行一点说明。 缝间干涉因子的作用:?干涉主极大:，(=0，?1，?2，„„)。即 2时，光强取得极大值I=NI。由于衍射角的绝对值，因而对主极强的数目有了限制，0 最大级次。 ?干涉极小:，而，，(=0，?1，?2，„„);=1，2，„，N-1)，即时，干涉因子为零，合成强度为零，因此两个干涉主极大之间有N—1个由于干涉产生的极小。 ?干涉次极大:两个极小之间有一个次极大，所以次极强的数目应为(N-2)个。 del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei. ?半角宽度:对于偏离幕中心不远的那些次极大，较小，。级极强的角位置近似为，而相邻暗线的位置近似为，于是半角宽度为。 现综合干涉因子和衍射因子 的共同作用，在实际得到的图像 中可以看到类似图11(N,4， d,3a)所示的光强分布。可以 看出，乘上单缝衍射因子后得 到的实际强度分布中各级主极 强的大小不同，特别是刚好遇 到单缝衍射因子零点的那几级 主极强消失了，这个现象叫 做缺级。 【注意事项】 1(利用多维调节架拆装镜头、镜片时要注意轻拿轻放，不要用手直接触摸; 2(不要直视激光，以免伤害眼睛。 del contracte 31 d'octubre de 2013 2 detall càmera de càrrega nivell energia hidroelèctrica estació i canonada de construcció i instal•lació funciona el contracte finalització data 15 de desembre 2013 3 nivell energia hidroelèctrica planta projecte en data de finalització d'estructura civil data de finalització del projecte del 31 d'octubre de 2013 4 energia hidroelèctrica secundària l'estació d'aquest contracte el 30 de maig de 2013 5 Construcció de canonada de càrrega de l'estació de l'energia hidroelèctrica secundari i instal•lació de la data de finalització de contracte... Naturalesa. 17.5.2 equipament assegurar la configuració de nous equips i capacitat de construcció, un nombre suficient per satisfer les necessitats de construcció i hi ha un cert marge de maniobra, reforçant el manteniment i reparació de maquinària de construcció i equipament per garantir la integritat mecànica i millorar la taxa d'utilització; També donant suport l'ús de maquinària, augment de mecanització, donar plena jugar a l'efectivitat de la provisió de peces de maquinària i equips i recanvis. Per tal de garantir la construcció suau i completar tasques. 17.5.3 gestió per assegurar que (1) l'aplicació de gestió per objectius, establir i perfeccionar el sistema de responsabilitat de contracte de gestió i autònom, bicicleta, sistema peça taxa suma de treballs individuals, overfulfilling la recompensa, millorar l'eficiència de treballadors i maquinària; (2) participar en l'emulació laboral i activitats de servei.