实验七-光的衍射实验
物理光学干涉与衍射实验
物理光学干涉与衍射实验
光学干涉与衍射是物理光学领域中重要的实验现象，它们揭示了光
的波动性质和相干特性。通过实验，我们可以观察到干涉和衍射现象，进一步理解光的性质和波动理论。本文将介绍物理光学干涉与衍射实
验的原理、实验装置及实验结果。
一、干涉实验
干涉实验是观察干涉现象的实验方法，干涉是指两个或多个光波相
遇产生叠加的结果。首先我们需要准备狭缝光源、狭缝装置和接收屏
幕等实验器材。实验步骤如下：
1. 将狭缝光源放置在实验室中的一定位置，使其发出单色、单色散、平行光，可以使用氢气灯或者激光器作为光源。
2. 将狭缝装置放置在狭缝光源后方，调节狭缝宽度和距离，使得通
过狭缝的光波满足相干条件。
3. 在一定距离处放置接收屏幕，接收和记录经过狭缝和产生干涉的
光波的分布情况。
4. 观察接收屏幕上出现的干涉条纹，记录图像和数据。
通过干涉实验，我们可以观察到干涉条纹的出现。干涉条纹的特点
是明暗交替、等间距分布。这是由于光波的叠加和相位差的变化引起的。干涉现象可以用来测量光的波长、光源的亮度等。
二、衍射实验
衍射实验是观察衍射现象的实验方法，衍射是指光通过孔径或者障
碍物时发生的偏折现象。进行衍射实验，我们需要准备光源、衍射装
置和接收屏幕等实验器材。实验步骤如下：
1. 将光源放置在实验室中的一定位置，确保光源单色、单色散、平
行光。
2. 将衍射装置放置在光源后方，衍射装置可以是单个小孔、单缝装
置或者多缝装置。
3. 调节衍射装置的参数，如孔径、缝宽等，观察经过衍射装置的光
的分布情况。
4. 在一定距离处放置接收屏幕，接收和记录经过衍射装置产生的衍
光的单缝衍射
（1）第一级暗纹的方位是：
sin 1
a
（2）第二级暗纹的方位是：
2 sin 2 a
（3）第三级暗纹的方位是：
3 sin 3 a
3、相邻暗纹之间是一明纹，明纹的位置可由 I 取极值的条件确定
dI d sin u (I0 )0 2 du du u
2
a sin k (2k 1)
们主要讨论夫琅和费衍射。
四、夫琅和费单缝衍射
用惠更斯－菲涅尔原理 计算 P 电光振动强度用图
衍射角
A
A B
P
a l
缝宽：a，缝长：l 单缝面积：al
a
x
C
衍射角
dx
B
f
任一个面元 dS = l dx 在 P 点处的振幅（ 为 A 点到 P 点的光程）：
KdS Kldx Kldx A0ldx r x sin
讨
1、当 = 0 时，由于 lim
论
sin x 1，因此接受屏中心位置的光强为： x 0 x
I I0
2、当 = 满足
a sin k
或 a sin k 时：
sin 2 ( k ) I I0 0 2 ( k )
对应的 P 点位置是暗纹的位置。
实验光路图
P 缝宽：a，缝长：l
实验七-光的衍射实验
实验七 光的衍射实验
一、实验目的
1. 观察夫朗和费衍射图样及演算单缝衍射公式；
2. 观察夫朗和费圆孔衍射图样；
二、实验原理
平行光通过狭缝时产生的衍射条纹定位于无穷远，称作夫朗和费单缝衍射。它的衍射图样比较简单，便于用菲涅耳半波带法计算各级加强和减弱的位置。
设狭缝AB 的宽度为a （如图1，其中把缝宽放大了约百倍），入射光波长为λ，
图1
O 点是缝宽的中点，OP0是AB 面的法线方向。AB 波阵面上大量子波发出的平行于该方向的光线经透镜L 会聚于P0点，这部分光波因相位相同而得到加强。就AB 波阵面均分为AO 、BO 两个波阵面而言，若从每个波带上对应的子波源发出的子波光线到达P0点时光程差为λ/2，此处的光波因干涉相消成为暗点，屏幕上出现暗条纹。如此讨论，随着ϕ角的增大，单缝波面被分为更多个偶数波带时，屏幕上会有另外一些暗条纹出现。若波带数为奇数，则有一些次级子波在屏上别的一些位置相干出现亮条纹。若波带为非整数，则有明暗相间的干涉结果。总之，当衍射光满足：
sin BC a k ϕλ== （1 2...k =±±, ）
时产生暗条纹；当满足：
sin (21)/2BC a k ϕλ==+ （01 2...k =±±，
, ） 时产生明条纹。
在使用普通单色光源的情况下（本实验使用钠灯），满足上述原理要求的实验装置一般都需要在衍射狭缝前后各放置一个透镜。但是一种近似的方法也是可行的，就是使光源和观测屏距衍射缝都处在“远区”位置。用一个长焦距的凸透镜L 使狭缝光源S P1成像于观测屏S 上（如图2），其中S 与S P1的距离稍大于四倍焦距，透镜大致在这个距离中间，在仅靠L 安放一个衍射狭缝S P2，屏S 上即出现夫朗和费衍射条纹。
新教材高中物理第四章光及其应用第六七节光的衍射和偏振激光课件粤教版选择性
(3)激光的应用 ①用激光作为信息高速传输的载体，进行光导纤维通信。 ②激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标。 ③激光高亮度的特点被用在工业上的激光切割、激光焊接技术，医学上用于 切割肿瘤的“光刀”、用于矫正视力的准分子激光技术，美容上的“激光祛 斑”，军事上的激光武器等。 ④利用激光可进行 全息 照相，能拍摄三维照片。
三、激光 1．填一填 (1)普通光源发射的光，通常包含各种不同频率的光，因而包含有各种颜色。 (2)激光的特性
①单色性好：激光发射的光谱宽度很窄，是 单色 性很好的光源。 ②相干性好：激光是相干光束，为我们提供了很好的相干光源。 ③平行度好：激光束的发散角很小， 方向 性很强。 ④亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012～1019倍，是目前最亮的光源。
远处的线状白炽灯丝(灯丝或灯管都要平行于狭缝)，可以看到
()
A．黑白相间的直条纹
B．黑白相间的弧状条纹
C．彩色的直条纹
D．彩色的弧状条纹
解析：白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产 生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光亮条纹或暗
条纹不能完全重叠在一起，所以成为彩色条纹，因为是通过狭缝观看，所以
答案：衍射 小于
探究(二) “对比法”区分双缝干涉和单缝衍射 [问题驱动] 如图甲、乙所示是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，哪个图 为单缝衍射的图样？
光的衍射定律：描述光波在障碍物边缘的衍射现象
光的衍射定律：描述光波在障碍物边缘的衍射现象
第一章：引言
光波是一种电磁波，具有波动性和粒子性。在传播过程中，光波会遇到各种障碍物，如小孔、边缘、屏幕等。当光波遇到障碍物时，会发生衍射现象。本文将重点介绍光的衍射定律，描述光波在障碍物边缘的衍射现象。
第二章：光波的衍射现象
2.1 衍射现象的定义
衍射现象是指光波在遇到物体边缘或小孔时，波的传播方向发生改变并产生干涉现象。衍射现象是光波特有的性质，与光波的波长和障碍物尺度有关。
2.2 衍射的条件
光波产生衍射的条件包括：光源是波前；障碍物尺度与波长相当；波前遇到物体时，波前边缘会发生弯曲，使得波束向物体边缘扩散。
第三章：光的衍射定律的定义
光的衍射定律是描述光波在障碍物边缘的衍射现象的定律。根据光的衍射定律，当光波通过一个小孔或者绕过障碍物边缘传播时，波的传播方向会发生改变，形
成衍射图样。
第四章：光的衍射定律的数学表达
4.1 方向衍射
当光波通过一个小孔或者绕过障碍物边缘传播时，根据光的衍射定律，衍射波的传播方向与入射波方向之间的夹角θ与波长λ和障碍物尺度d之间存在关系，即sinθ=(mλ)/d，其中m为整数。
4.2 干涉衍射
干涉衍射是指当光波通过多个小孔或者绕过障碍物边缘传播时，不同衍射波之间发生干涉现象。根据光的衍射定律，干涉图样的出现与入射波的相位差有关。相位差为0的地方，波的干涉会产生强度最大的亮斑；相位差为λ/2的地方，波的干涉会产生强度最小的暗斑。
第五章：光的衍射实验
5.1 杨氏实验
杨氏实验是描述光的干涉衍射的经典实验之一。杨氏实验使用一束单色光通过一个狭缝，使光波通过狭缝后形成波前，然后再通过两个狭缝，产生干涉图样。通过观察干涉图样，可以验证光的衍射定律。
大学物理光的衍射7
大学物理光的衍射7
一、教学内容
本节课的教学内容来自于大学物理教材的第十一章“光的衍射”。在这一章节中，我们将学习光的衍射现象的基本原理，包括衍射的定义、衍射条件、衍射现象的观察等。具体内容包括：
1. 衍射现象的定义：光波遇到障碍物时，会发生弯曲和扩展的现象。
2. 衍射条件：当障碍物的尺寸与光波的波长相近或者更小的时候，衍射现象明显。
3. 衍射现象的观察：通过实验观察光的衍射现象，了解衍射条纹
的分布规律和强度变化。
二、教学目标
1. 让学生理解光的衍射现象的基本原理，能够解释光的衍射现象。
2. 培养学生通过实验观察和分析光的衍射现象的能力。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点
重点：光的衍射现象的基本原理和衍射条件的理解。
难点：衍射现象的观察和分析，以及运用物理知识解决实际问题。
四、教具与学具准备
教具：多媒体教学设备、实验器材（激光灯、衍射光栅等）。
学具：笔记本、笔、实验报告表格。
五、教学过程
1. 引入：通过展示激光灯发出的光束，引导学生观察光束通过一
个小孔时的现象，引发学生对光的衍射现象的思考。
2. 讲解：介绍光的衍射现象的定义、衍射条件和衍射现象的观察
方法。通过示例和图示，解释衍射现象的发生和衍射条纹的分布规律。
3. 实验：安排学生进行光的衍射实验，观察衍射条纹的形状和分布，引导学生分析衍射现象的特点和规律。
4. 练习：给出一些实际的衍射现象问题，让学生运用所学的衍射
知识进行解答，巩固对衍射现象的理解。
六、板书设计
板书设计包括光的衍射现象的定义、衍射条件、衍射条纹的分布
高中物理光的衍射教案
高中物理光的衍射教案
一、教学目标：
1. 了解光的衍射现象及其原理。
2. 掌握光的衍射的条件和规律。
3. 能够运用衍射原理解释光的传播和干涉现象。
二、教学内容：
1. 光的衍射现象及其表现形式。
2. 光的衍射的条件和规律。
3. 衍射对光的传播和干涉的影响。
三、教学重点与难点：
重点：光的衍射现象及其条件和规律。
难点：运用衍射原理解释光的传播和干涉现象。
四、教学过程：
1. 导入：介绍衍射现象，引出本节课的主题。
2. 学习：讲解光的衍射的条件和规律，以及衍射对光的传播和干涉的影响。
3. 演示：进行光的衍射实验，展示不同条件下的衍射现象。
4. 练习：让学生进行练习，巩固所学知识。
5. 总结：总结本节课的重点内容，强化学生的理解和记忆。
6. 布置作业：布置相关练习题，以检验学生掌握情况。
五、教学手段：
1. 讲授
2. 实验
3. 互动讨论
六、教学资源：
1. 教案
2. 课件
3. 实验器材
4. 相关教材
七、评估与反馈：
1. 在课堂上进行形式评估，检验学生对光的衍射相关知识的掌握情况。
2. 收集学生反馈意见，及时调整教学方法和内容。
八、拓展延伸：
1. 让学生自行设计实验，观察并总结衍射现象。
2. 给学生布置有关光的衍射研究课题，拓展学生的知识面和思维深度。
以上为高中物理光的衍射教案范本，希望对您有所帮助。如需进一步了解教案内容或有其他问题，请随时与我联系。祝教学顺利！
《光的衍射》高二物理
探究一：单缝衍射的规律
狭缝
激
光
像
束
屏
调节狭 缝宽窄
点亮红灯 用二种宽度不同的单缝光具观察红灯。
第一、三组： 在纸上用红色水彩笔画出二种不同缝宽 时红光的衍射图样
点亮红灯和蓝灯 用同一宽度的单缝光具观察红灯与蓝灯.
以太阳的像为中心有无数根细而短小的彩色光 芒射向四方，彩色的衍射斑线分布在同心圆的 圆周，里呈蓝紫色，外呈红黄色。 孔越小，色彩越浓艳；孔越大，色彩越淡薄。 有时还能看见条状间隔鲜明的彩色衍射斑块。
课外研究性学习（二）
用纱巾或其他薄如蝉翼的细密织物，在 夜间隔纱观看远处的电灯，可以看见以灯为 中心十字光芒，长长的射向四方。 将作品上传到班级群里
科学微剧场 让实验说话---------泊松亮斑的故事
百度文库
菲涅尔
阿拉果
泊松
演示实验一 激光、 小黄豆“泊松亮斑”实验
泊松亮斑证明光是一种波
演示实验二： 头发丝的衍射
一、光的衍射
1、定义：光离开直线传播路径绕到障碍物阴 影里去的现象叫做光的衍射现象。 2、一切波都能衍射.
二、发生明显的衍射现象的条件
欣赏学生镜头蒙纱的摄影照片：
课外研究性学习（三）
翎毛光栅的衍射 找一根鸡翅膀上的白色羽毛。 白天隔着羽毛观太阳，白天隔羽毛观看太阳， 见七色光芒按三行（或五行）十字形向外四射。
光的衍射、偏振、色散、激光
光的衍射、偏振、色散、激光
条纹，即发生衍射现象．
要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已．
②图样特征．
单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光．
(2)圆孔衍射．
①圆孔衍射的现象．
如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．
②图样特征．
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
(3)圆板衍射．
在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑．小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小．2．衍射光栅
光的衍射现象
AD BC a sin a sin
暗条纹应有 a sin a sin k 得
1
k=1,2,3,...
k sin sin a
五、圆孔夫琅禾费衍射
1
2r
f
图样,爱里斑
与单缝夫琅禾费衍射唯一的不同是衍射物不同。
作业
要求对光的干涉内容，按所讲的四个重点去总结主 要的五个干涉实验，并分析改变光程差的手段。 对光的衍射内容，要求理解菲涅耳半波带法，掌握 衍射明暗纹公式。
A
B
P
B θ
a P 干涉相消
a
C A
A
C
若AC a sin 3
2
两个半波带发出的子波传播到P1点干涉的结果相 消，剩下一个半波带发的子波在P1点叠加， 所以P点显出亮纹，但不是很亮！ a sin 3 a sin 2 明纹 暗纹
2
2
B
思考1： 若AC a sin 2
缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化
光的衍射发生的条件: 缝宽a～ 波长λ.
肉眼也能看到光的衍射现象！
Try it!
亮度
光的衍射现象:光能绕过障碍物的边缘传播。 而且衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样。 中央明纹最亮,两侧显著递减。
单缝夫琅禾费衍射
圆孔夫琅禾费衍射
光的衍射ppt课件
04
衍射在科学研究领域应用
物质结构分析
X射线衍射
利用X射线通过晶体产生的 衍射现象，分析晶体结构 ，如原子排列、晶格常数 等。
电子衍射
通过电子束在物质中的衍 射，研究物质的微观结构 ，如晶体缺陷、晶界等。
中子衍射
利用中子与物质相互作用 产生的衍射现象，分析物 质的内部结构，如分子构 型、化学键等。
表面形貌表征
激光衍射
01
利用激光照射物质表面产生的衍射现象，分析表面形貌、粗糙
度、波纹度等。
原子力显微镜（AFM）
02
通过检测探针与样品表面原子间的相互作用力，实现表面形貌
的高分辨率成像。
扫描隧道显微镜（STM）
03
利用量子隧道效应，通过测量探针与样品表面间的隧道电流，
获取表面形貌信息。
光学仪器设计优化
光通过单缝时发生衍射，衍射 光在屏幕上叠加形成干涉条纹
双缝干涉与衍射比较
• 实验装置：激光器、双缝、屏幕 • 实验步骤：将激光器发出的光通过双缝，观察屏幕上的光斑形状 • 实验现象：光斑呈现明暗相间的条纹，与单缝衍射实验类似，但条纹间距更窄 • 原理分析：双缝干涉是光通过两个相距较近的小孔时发生的干涉现象，而衍射是光通过障碍物边缘时发生的弯曲现象。双
雨滴使太阳光发生折 射，分解成七种颜色 的光谱。
实验七 平面光栅单色仪应用
实验七平面光栅单色仪应用
平面光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可把紫外，可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。可进行光谱分析、测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性、光源的能谱分析和光栅的集光效率等。如配备电子束激发器，X射线激发器，光子激发器和高频等离子，辉光放电等稳定光源相配套，可进行光谱的化学分析。与棱镜相比，光栅具有色散本领大，均匀性好，分辨率高等特点。因而在光谱学，计量学，光通讯等方面有着广泛的应用。本实验通过对溴钨灯发射光谱的测量，加深了解平面光栅单色仪和光谱技术的综合应用。
【实验目的】
1．掌握平面光栅分光的物理原理。
2．研究夫琅和费衍射的光强分布，加深对衍射理论的了解。
3．观察平面光栅衍射现象，学会平面光栅单色仪的使用。
4．学习使用光电倍增元件来测量和描绘出射光谱的能量分布。
【实验原理】
光的衍射现象是指光遇到障碍物时偏离直线传播方向的现象。而光栅是指任何能起周期性地分割波阵面作用的衍射屏。作为色散元件的衍射光栅最早是由夫琅和费用细金属丝制成的，夫琅和费用它测出了太阳光谱中的暗线波长。后来他又用金刚石刻划贴金箔的玻璃板，得到了性能更好的光栅。
常用的衍射光栅分透射式与反射式两种。透射式光栅是用金刚石刀在平面透明玻璃板上刻划平行，等间距又等宽的直痕而制成的。反射式光栅是在坚硬的合金板或高反射率平面镜上刻划而成的。本实验用反射式平面光栅。
理想的反射式平面光栅，可视作是相互平行，等宽，等间距，均匀排列的许多狭缝。如设光栅的缝宽为d，则d称为光栅常数，本实验中刻线密度为1200条/mm。根据夫琅和费理论，一束平行光垂直地入射到平面反射光栅上，经各缝衍射后向各方向传播。衍射角适合如下条件：
7光的衍射习题详解
习题七
一、选择题
1．在单缝衍射实验中，缝宽a = 0.2mm，透镜焦距f = 0.4m，入射光波长
= 500nm，则在距离中央亮纹中心位置2mm处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？ [ ]
（A）亮纹，3个半波带；（B）亮纹，4个半波带；
（C）暗纹，3个半波带；（D）暗纹，4个半波带。
答案：D
解：沿衍射方向，最大光程差为
，即
。因此，根据单缝衍射亮、暗纹条件，可判断出该处是暗纹，从该方向上可分为4个半波带。
2．波长为632.8nm的单色光通过一狭缝发生衍射。已知缝宽为1.2mm，缝与观察屏之间的距离为D =2.3m。则屏上两侧的两个第8级极小之间的距离
为 [ ]
（A）1.70cm；（B）1.94cm；（C）2.18cm；（D）0.97cm。
答案：B
解：第 k级暗纹条件为
。据题意有
代入数据得
3．波长为600nm的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3mm的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为 [ ]
（A）0、±1、±2、±3、±4；（B）0、±1、±3；
（C）±1、±3；（D）0、±2、±4。
答案：B
解：光栅公式
，最高级次为
（取整数）。又由题意知缺级条件
，所以呈现的全部光谱级数为0、±1、±3（第2级缺，第4级接近90o衍射角，不能观看）。
4．用白光（波长范围：400nm-760nm）垂直照射光栅常数为2.4×10-4cm的光栅，则第一级光谱的张角为 [ ]
（A）9.5；（B）18.3；（C）8.8；（D）13.9。
答案：C
解：光栅方程
。
。
光的衍射现象
d
在光孔和接收范围满足傍轴条件情况下， 0 0，
r r0 （场点到光孔中心的距离）
U (P) i U 0(Q)eikrd
r0 (0 )
三、衍射现象的分类
分类的标准——按光源和考察点（光屏）到障 碍物距离的不同进行分类。
1 Fresnel衍射（近场衍射）
障碍物（孔隙）距光源和光屏的距离都是有限的，或 其中之一是有限的。
产生衍射现象的条件：主要取决于障碍物或空隙 的线
度与波长大小的对比。
光孔线度
103以上，衍射效应不明显
103 10，衍射效应明显
，
向散射过渡
衍射现象的特点： 1.偏离直线的含义
2.缝宽与波长的关系 3.限制与扩展
光束在衍射屏上的什么方位受到限制，则接收屏上的衍射 图样就沿该方向扩展；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。 -----光孔的线度与衍射图样的扩展之间存在着反比关系
如何从理论上解释光的衍射现象呢？
二、Huygens-Fresnel原理
惠更斯 — 菲涅耳原理 惠更斯 波阵面上各点都看成是子波波源
能定性解释光的传播方向问题
菲涅耳 波场中各点的强度由各子波在该点 的相干叠加决定
能定量解释衍射图样中的强度分布
波前上每个面元d都可以看成是新的振动中 心，它们发出次波。在空间某一点P的振动是 所有这些次波在该点的相干迭加。
光的衍射
问题： 暗纹条件？ 问题：亮、暗纹条件？
1.菲涅耳半波带法 1.菲涅耳半波带法
A
P
b
B
θ
x
θ
C
f
θ
o
E
边缘光线的光程差（最大光程差） ① 边缘光线的光程差（最大光程差）
BC = δ = bsinθ
作间距为λ/2平行于 的平行平面，等分BC 。 平行于AC的平行平面 ② 作间距为 平行于 的平行平面，等分
透射 光栅 反射 光栅
d sin θ
b db
'
E
θ
0
x
P
光栅常数 d = b + b ----光栅常数 d sin θ ----相邻两缝光线的光程差 相邻两缝光线的光程差
'
二、光栅衍射图样分析 光栅的衍射条纹是单缝衍射和缝间干涉 衍射和缝间 光栅的衍射条纹是单缝衍射和缝间干涉 的总效果 1.光栅的多缝干涉 1.光栅的多缝干涉 相邻两缝光束间的 相邻两缝光束间的相位差 光束间的相位差 为
r d 式中， 为圆孔直径、半径。 式中，d、r 为圆孔直径、半径。
∴半角宽 ϕ = 0.61
λ
r
=1.22
λ
d
二、 光学仪器的分辨本领
光学仪器中所用的透镜、 光学仪器中所用的透镜、光 阑相当于一个透光圆孔， 阑相当于一个透光圆孔，对光 有衍射。 有衍射。
光的色散与衍射
光的色散与衍射
光的色散和衍射是光学中一些重要的现象，在我们的日常生活中有着广泛的应用。本文将介绍光的色散和衍射的定义、原理、特点以及在实际中的应用。
一、光的色散
光的色散是指光在通过透明介质时，不同波长的光被分解成不同颜色的现象。当光通过透明介质时，由于介质的折射率与波长相关，不同波长的光会以不同的角度折射，导致光的分散现象。这种现象使得我们在日常生活中可以看到七彩的光谱，比如彩虹。
光的色散可以通过棱镜实验进行观察。将一束光照射到棱镜上，光线会被棱镜折射和偏折，形成一束绚丽的光谱。这是因为光的不同波长在经过棱镜时会有不同的折射角度，从而分散出不同的颜色。
二、光的衍射
光的衍射是指光通过障碍物或经过狭缝时发生的传播现象。当光通过一个尺寸接近其波长的狭缝或障碍物时，光波会沿着障碍物的边缘弯曲并散射，这种现象称为光的衍射。
光的衍射实验可以用狭缝实验进行观察。在实验中，将一束光通过一个狭缝照射到屏幕上，我们可以观察到狭缝后方出现一系列明暗相间的条纹。这些条纹是由于光的衍射造成的，通过这些条纹我们可以了解到光波的传播特性和波长。
三、光的色散与衍射的应用
1. 光谱分析：光的色散可以被用于分析和鉴别物质。通过检测物质在不同波长下的吸收或发射特性，可以得到物质的光谱图，从而判断其组成和性质。
2. 激光技术：光的衍射可以被用于激光技术中的波前调制。通过控制光波的相位和幅度，可以改变光的传播方向和分布，实现光的聚焦和扩展。
3. 光纤通信：光的色散和衍射在光纤通信中起着关键的作用。光纤通过对光信号的衍射和折射来传输信息，同时光的色散也会影响光纤中信号的传播速度和品质。
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实验七-光的衍射实验
实验七 光的衍射实验
一、实验目的
1. 观察夫朗和费衍射图样及演算单缝衍射公式；
2. 观察夫朗和费圆孔衍射图样； 二、实验原理
平行光通过狭缝时产生的衍射条纹定位于无穷远，称作夫朗和费单缝衍射。它的衍射图样比较简单，便于用菲涅耳半波带法计算各级加强和减弱的位置。
设狭缝AB 的宽度为a （如图1，其中把缝宽放大了约百倍），入射光波长为λ，
图1
O 点是缝宽的中点，OP0是AB 面的法线方向。AB 波阵面上大量子波发出的平行于该方向的光线经透镜L 会聚于P0点，这部分光波因相位相同而得到加强。就AB 波阵面均分为AO 、BO 两个波阵面而言，若从每个波带上对应的子波源发出的子波光线到达P0点时光程差为λ/2，此处的光波因干涉相消成为暗点，屏幕上出现暗条纹。如此讨论，随着ϕ角的增大，单缝波面被分为更多个偶数波带时，屏幕上会有另外一些暗条纹出现。若波带数为奇数，则有一些次级子波在屏上别的一些位置相干出现亮条纹。若波带为非整数，则有明暗相间的干涉结果。总之，当衍射光满足：
sin BC a k ϕλ== （1 2...k =±±, ）
时产生暗条纹；当满足：
sin (21)/2BC a k ϕλ==+ （01 2...k =±±，
, ） 时产生明条纹。
在使用普通单色光源的情况下（本实验使用钠灯），满足上述原理要求的实验装置一般都需要在衍射狭缝前后各放置一个透镜。但是一种近似的方法也是可行的，就是使光源和观测屏距衍射缝都处在“远区”位置。用一个长焦距
的凸透镜L 使狭缝光源S P1成像于观测屏S 上（如图2），其中S 与S P1的距离稍大于四倍焦距，透镜大致在这个距离中间，在仅靠L 安放一个衍射狭缝S P2，屏S 上即出现夫朗和费衍射条纹。
图2
设狭缝SP2与观测屏S 的距离为b ，第k 级亮条纹与衍射图样中心的距离为xk 则
/k tg x b ϕ=
由于ϕ角极小，因而sin tg ϕϕ≈。又因为衍射图样中心位置不易准确测定，所以一般是量出两条同级条纹间的距离2xk 。由产生明条纹的公式可知：
2(21)k b
x k a
λ=+
由此可见，为了求得入射光波长，须测量2k x ，a 和b 三个量。 三、 实验仪器
(1) 钠光灯
(2) 单面可调狭缝： SZ-22 (3) 凸透镜L 1： f=50mm (4) 二维调整架： SZ-07 (5) 单面可调狭缝： SZ-22 (6) 凸透镜L 2： f=70mm (7) 二维调整架： SZ-07
(8) 测微目镜Le （去掉其物镜头的读数显微镜） (9) 读数显微镜架 : SZ-38 (10) 滑座： TH70YZ (11) 滑座： TH70Z (12) 滑座： TH70Z (13) 滑座： TH70
四、仪器实物图及原理图
Le 1
Le
钠光灯
单缝5060610180120
缝或孔光栏L 2
L 1L 2
L 1
2
3
45
6
78
9
10
1112
13
14
15
图3 仪器实物图及原理图
五、实验步骤
(1) 把钠灯光通过透镜聚焦到单缝上成为缝光源。再把所有器件按图十的顺
序摆放在导轨上，调至共轴。其中小孔（φ=1mm ）和测微目镜之间的距离必须保证满足远场条件。（图中数据均为参考数据）
(2) 调节焦距为70的透镜直至能在测微目镜中看到衍射条纹。如果无条纹，
可以调节小孔的大小，直到找到合适的小孔为止。
(3) 仔细调节狭缝的宽度，直到目镜视场内的中央条纹两侧各有可见度较好
的3，4条亮纹。记录单缝和测微目镜的位置，计算出两者间的距离b 。 (4) 读出狭缝宽度a ，并且记录下来 六、数据处理
为了便于计算波长可以设b
z a
λ=， 且 221
k
x z k =
+ 2x k 为两条同级条纹间的距离
选不同的级次k ，求出z 值，求平均，再计算 a z b
λ= 实验数据如下：
a=0.152mm b=840-560=280mm
=0.5mm
=0.7mm =0.9mm
计算得=0.1667 =0.14
=0.143 =0.1499
==81.37nm
实验图片
八、圆孔衍射
将单缝换成圆孔，观察衍射条纹，用测微目镜测出艾里斑的直径e ，由已知衍射小孔直径d=1mm ，焦距f=70mm ，可验证
1.22e f a
λ
=
公式的正确性（其中a 为孔的半径），本实验要求实验环境很暗。.
+
注：多孔架的8孔大小分别为：φ0.10mm，φ0.15mm，φ0.20mm，φ0.30mm，φ0.50mm，φ0.60mm，φ1.0mm，φ2.0mm。
实验数据如下：
测量值e=0.091mm
计算值为f=1.22=0.099064mm
现场实验图片
通过做实验，我认为光的衍射现象观察的影响因素分析的衍射应用有以下几个应用方向：
1)普遍应用于光谱分析领域，比如说衍射光栅光谱仪等。
2）应用于衍射成像，比如说衍射成像概念、成像仪器分辨。
3）衍射呈现波阵面，有利于全息术原理的进一步发展。
4）衍射广泛应用于结构分析，例如X射线结构学等。