文档介绍：实验八光的衍射
光作为一种电磁波即有衍射现象,一般衍射分为单缝衍射、多缝衍射与光栅衍射。而根据狭缝形状又有矩形孔衍射与圆形孔衍射之说。所以不同的衍射光,其光强分布特性也不一样。实验要求利用现代计算机技术与物理原理分析与研究各种衍射光的强度分布特性。
【实验目的】
掌握各种衍射光的产生机理。
研究夫琅与费衍射的光强分布,加深对衍射理论的了解。
观察各种衍射光的衍射现象,学会利用计算机分析与研究。
【实验原理】
光的衍射现象就是指光遇到障碍物时偏离直线传播方向的现象。衍射现象一般分两类:菲涅尔衍射与夫琅与费衍射。其中夫琅与费衍射就是指光源与观察者屏离开衍射物体都为无穷远时的衍射。但因为实际做不到无穷远,所以一般要求满足光源与观察屏离开衍射物体之间的距离S都远大于a2/λ就能观察到夫琅与费衍射现象。其中a为衍射物体的孔径,λ为光源的波长。
衍射光强的大小与形状就是研究衍射光的主要特性。而不同的衍射物体其衍射光强的大小与形状都不一样。下面就是几种衍射光的强度分布公式与原理简介。

单缝的夫琅与费衍射就是指衍射物体为一条狭小的可调节的缝,当单色光通过该狭缝时因为光的波粒二性而发生衍射现象。从而形成明暗相间的衍射条纹,条纹的宽窄与强弱与狭缝的大小有关,为了使衍射条纹清晰可见,狭缝大小不能太大,否则各级衍射条纹分辨不清;也不能太小,否则衍射光太弱,难以被光电管接收到。
如下图1所示,设a为单缝的宽度,Z、P间距为S,θ为衍射角,其在观察屏上的位移为X,X离开屏中心O的距离为S×θ,光源的波长为λ。
所以由惠更斯—菲涅尔原理可得单缝的夫琅与费衍射的光强公式为:
(1)
u = πasinθ/λ (2)
式中Iθ就是中心处的光强,它与狭缝宽的平方成正比。图2就就是单缝衍射的相对光强(I
θ/I0)曲线,中心为主级强,相对强度为1。除主级强外,次级强出现在
的位置,她们就是超越方程的根,以sinq为横坐标,其数值为:
u =±1、43л,±2、46л,±3、47л (3)
对应的sinθ值为:
sinθ = ±1、43λ/a,±2、46λ/a,±3、47λ/a (4)
因为衍射角θ很小,sinθ ≈θ ,所以在观察屏上的位置0X可近似为:
OX = θS= ±1、43S(λ/a),±2、46S(λ/a),±3、47S(λ/a) (5)
次级强度为:
I1 ≈ 4、7%I0 ,I2 ≈ 1、7%I0,I3 ≈ 0、8%I0 (6)
由(6)式可知,次级强的强度比主级强的强度要弱的多。一般来说次级强的位置与强度可近似地表示为:
a = ±(K+1/2)p, = ±[(K+1/2)p]-2I0。 (7)
其中:K = 1、2、3···

设矩形孔的X方向的边长为a,Y方向的边长为b,观察点P在X方向的角度为θ1,在Y方向的角度为θ2,则P点的强度为:
I(P) = I0(sinu/u)2(sinβ/β)2