1、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 （如图 1，其中把缝宽放大了约百倍），入射光波长a为 ，图 1O 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
2、点时光程差为 /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 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：（ ）sinBCak12.k, 时产生暗条纹；当满足：（ ）si(2)/0.， 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
3、 SP1成像于观测屏 S 上（如图 2），其中 S 与 SP1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 SP2，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/ktgx由于 角极小，因而 。又因为衍射图样中心位置不易准确测定，sintg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(1)kbxa由此可见，为了求得入射光波长，须测量 ，a 和 b 三个量。k三、 实验仪器(1) 钠光灯(2) 单面可调狭缝： SZ-22(3) 凸透镜 L1： f=50mm
4、(4) 二维调整架： SZ-07(5) 单面可调狭缝： SZ-22(6) 凸透镜 L2： 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Le1Le光光光 光光5060 610 180 120光光光光光L2L1 L2L12 3 4 5 6 78 9101112131415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
5、放在导轨上，调至共轴。其中小孔（=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 ，bza且 2xk为两条同级条纹间的距离21kxz选不同的级次 k，求出 z 值，求平均，再计算ab实验数据如下：a=0.152mm b=840-560=280
6、mm=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 1.2efa公式的正确性（其中 为孔的半径），本实验要求实验环境很暗。.a+注：多孔架的 8 孔大小分别为：0.10mm，0.15mm，0.20mm，0.30mm，0.50mm，0.60mm，1.0mm，2.0mm。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。
