电磁场与微波实验三报告——双缝干涉实验

双缝干涉实验

1. 实验原理

如右图所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝

上时，则每一条狭缝就是次级波波源。由同一波源到达两缝后

所发出的次级波是相干波，因此在金属板后面的空间中将产生

干涉现象。当然，当光通过每条缝时也会出现前面所讨论过的

衍射现象，因此这项实验是干涉和衍射两者结合的结果，为重

点研究干涉的结果，可以通过控制波长和缝隙宽度来使衍射的

现象减弱。假设b 为双缝的间距，a 仍为缝宽，取a 尽量接近

波长λ。在这样的条件下当取较大的b 时，干涉强度受单缝衍射

的影响较小，反之，当b 较小时，干涉强度受单缝衍射影响较大。干涉加强的角度为半波长的偶数倍处：1sin []K a b

λϕ-⨯=+ 式中K=1,2,…;干涉减弱的角度为半波长的奇数倍处：1(21)sin [

]2()K a b λϕ-+⨯=+式中K=1,2,…。 只要a 、b 选取合理，可以只对1级极大的干涉角和0级极小的干涉角进行讨论。

2. 实验步骤

实验平台搭接如上

调整双缝板的缝宽到所需大小，将狭缝板放到支座上，使板面与小圆盘上的90-90刻线一致。固定臂的指针指在小平台的180刻度处。调整信号电平使数据采集仪接近满刻度。（注意：双缝板的两面材料不同）开始实验前，检查实验装置状态，注意仪器保护。（尤其三厘米固态信号源）察看三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于三厘米固态信号源的设置。

由于双缝板横向尺寸有限，b 选取较大时，接收端转角过大，易使微波直接被接收端接收，使数据产生偏差。

在主菜单页面点击“双缝干涉实验”，弹出“建议提示框”，这是软件建议选择的“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK” 进入“输入采集参数”界面。本实验默认选取通道

1作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。在“输入采集参数”界面点击“试采集”按钮，可预览采集过程。

试采集后，若开始“正式采集”，务必要把实验装置恢复到实验的初始状态，方可继续进行“正式采集”工作！本实验采集180个点，采集结束后，可对数据进行保存，点击“保存数据”按钮进行保存。默认存储路径为本软件安装的根目录，保存格式是以“.txt”为扩展名的文本文件。

3.实验结果

当λ=3.2cm时，f=9.375GHz，对应于微波源刻度值为4.308mm.

当a=4cm,λ=3.2cm,b/a=1.7时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=9度，第1级极大干涉角φ2=17度，右侧第0级极小干涉角φ3=9度，第1级极大干涉角φ4=19度，曲线较为对称，干涉显著。

当a=4cm,λ=3.2cm,b/a=1.3时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=10度，第1级极大干涉角φ2=18度，右侧第0级极小干涉角φ3=12度，第1级极大干涉角φ4=23度，曲线较为对称，干涉显著。

当a=6cm,λ=3.2cm,b/a=1.5时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=8度，第1级极大干涉角φ2=14，右侧第0级极小干涉角φ3=7，第1级极大干涉角φ4=13度，曲线对称性不佳，可能是转动臂的转动角度过大的原因或者是实验板大小受限，双缝板上缝隙处侧边还留有小缝隙的缘故。

当a=6cm,λ=3.2cm,b/a=1.1时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=8度，第1级极大干涉角φ2=15，右侧第0级极小干涉角φ3=8，第1级极大干涉角φ4=14度，曲线对称性不佳，可能是转动臂的转动角度过大的原因或者是实验板大小受限，双缝板上缝隙处侧边还留有小缝隙的缘故。

4.结果分析与讨论

电磁波/光波干涉现象的应用:

光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和

透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。

光从一种介质反射到另一种介质时，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把反射

光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用表示，，和分别表示反射光和入射光的振幅

设入射的光强度为1，则反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的强度为（1-ρ）。根据菲涅尔公式和折射定律可知：当入射角很小时，光从折射率n1的介质

射向折射率n2介质，反射率（1）

在介质表面镀一层增透膜，设空气、薄膜、介质的折射率分别为n1、、n、n2,薄膜厚度

为d，如下图所示：

在入射角很小的情况下，空气与薄膜之间的反射率为薄膜与介质之间的反射率为

如果把入射光线的强度仍设为1，光线①是入射光线经过空气与薄膜的界面一次反射形成的，则其强度为；光线②入射光线经过空气与薄膜的界面两次折射和薄膜与介质的界面一次反射而形成的，其强度为；光线③是入射光线经过空气与薄膜的界面两次折射、一次反射和薄膜与介质的界面两次反射而形成的，其强度为。如果、、，则光线①的强度为，光线②的强度为，光线③的强度为