1003圆孔衍射

一、实验目的1. 理解光的衍射现象及其基本原理。

2. 掌握衍射光路的组装与调整，使用不同结构衍射屏实现夫琅禾费衍射现象。

3. 研究不同结构衍射屏的衍射光强分布，加深对衍射理论的理解。

二、实验原理圆孔衍射是光波通过圆形孔径后，由于波的波动性，光在孔径边缘发生弯曲，从而在远场屏上形成衍射图样。

实验基于惠更斯-菲涅尔原理，即每一个波前上的点都可以看作是一个次波源，这些次波源发出的波在空间中相互干涉，形成衍射图样。

夫琅禾费衍射是圆孔衍射的一种特殊形式，发生在远场区域，即孔径与观察屏之间的距离远大于孔径本身。

在这种情况下，光波经过圆孔后，衍射图样呈现出明暗相间的同心圆环，称为夫琅禾费衍射图样。

三、实验仪器1. He-Ne激光器2. 单缝及二维调节架3. 光电探测器及移动装置4. 数字式万用表5. 钢卷尺6. 圆孔衍射屏四、实验步骤1. 组装光路：将He-Ne激光器发出的激光束照射到圆孔衍射屏上，调节衍射屏与激光器之间的距离，使其满足夫琅禾费衍射条件。

2. 调整观察屏：将观察屏放置在衍射屏后，调节观察屏与衍射屏之间的距离，使其满足夫琅禾费衍射条件。

3. 测量光强分布：使用光电探测器测量不同位置的光强，记录数据。

4. 计算衍射图样：根据测量数据，绘制光强分布曲线，分析衍射图样的特征。

五、实验结果与分析1. 衍射图样：观察屏上出现了明暗相间的同心圆环，即夫琅禾费衍射图样。

图样的中央是一个亮斑，称为艾里斑，其大小与圆孔半径有关。

2. 光强分布：根据测量数据，绘制光强分布曲线。

曲线呈现出明暗相间的特征，中央亮斑的光强最大，随着距离的增加，光强逐渐减小。

3. 理论分析：将实验结果与理论计算结果进行对比，发现两者吻合良好。

六、实验结论1. 光的衍射现象是光的波动性的一种表现，通过实验验证了惠更斯-菲涅尔原理。

2. 夫琅禾费衍射是圆孔衍射的一种特殊形式，在远场区域出现明暗相间的同心圆环。

3. 通过实验，加深了对衍射理论的理解，掌握了衍射光路的组装与调整方法。

实验10 圆孔衍射当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。

光的衍射现象是光的波动性的一种表现。

研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。

衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。

一、实验目的１．观察圆孔衍射现象，加深对衍射理论的理解。

２．会用光电元件测量圆孔衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。

二、实验仪器H e -N e 激光器、单缝及二维调节架、光电探测器及移动装置、数字式万用表、钢卷尺等。

三、实验原理圆孔衍射的基础是惠更斯-菲涅尔原理，，经过计算可以得到：在沿光传播方向圆孔的中轴线上，总是光强极大（设平面光波沿圆孔轴线传播），偏开中轴线一定角度，诸子波相干叠加正好相消，则出现第一级暗线，由于圆孔激起子波的轴对称性，暗线将是暗环，再增大偏开轴线角度，可得到一系列暗环，暗环之间为亮环，即衍射次极大。

直径为D 的圆孔的夫琅和费衍射光强的径向分布可通过贝塞耳函数表示。

夫琅和费圆孔衍射图样的中央圆形（零级衍射）亮斑通常称为艾里斑，艾里斑的大小可用半角宽度即第一级暗环对应的衍射角为：D λθθ22.1sin ==圆孔衍射各极小值的位置（衍射角）在0.610π，1.116π，1.619π，… 处，各极大值的位置（衍射角）在0，0.0819π，0.133π，0.187π，… 处，其相对光强I/I0依次为1，0.0175，0.042，0.0016，…。

零级衍射的圆亮斑集中了衍射光能量的83.8% 。

夫琅和费衍射不仅表现在单缝衍射中，也表现在小孔的衍射中，如图10-1所示。

平行的激光束垂直地入射于圆孔光阑1上，衍射光束被透镜2会聚在它的角平面3上，若在此焦平面上放置一接收屏，将呈现出衍射条纹。

衍射条纹为同心圆，它集中了84%以上的光能量，P 点的光强分布为：()2102⎥⎦⎤⎢⎣⎡=x x J I I （10-1）()x J 1为一阶贝塞尔函数，它可以展开成x 的级数()()()1212!1!1+∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=∑k o k k x k k x J （10-2）x 可以用衍射角θ及圆孔半径a 表示θλπsin 2ax = （10-3） 式中λ是激光波长（e e N H —激光器8.623=λ纳米）。

圆孔衍射实验报告圆孔衍射实验报告引言衍射是光学中的重要现象，指的是当光通过一个孔或者绕过一个物体时，光波会发生偏折和干涉，产生新的波纹和光斑。

圆孔衍射实验是研究光的衍射现象的经典实验之一。

本报告旨在详细介绍圆孔衍射实验的原理、实验装置和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。

实验原理圆孔衍射实验基于惠更斯-菲涅耳原理，即光波在传播过程中会沿着各个方向传播，并在传播的过程中发生干涉。

当光通过一个圆孔时，光波会在孔的边缘发生衍射，形成一系列的光环，称为菲涅耳衍射环。

这些衍射环的大小和形状与孔的大小和光的波长有关。

实验装置圆孔衍射实验的装置主要包括光源、圆孔、屏幕和测量仪器。

光源可以选择白光或单色光源，如激光。

圆孔通常由金属或者玻璃制成，直径可以调节。

屏幕用于接收和观察衍射光斑。

测量仪器可以是尺子、卡尺或者显微镜，用于测量光斑的直径和位置。

实验步骤1. 将光源放置在适当的位置，并调整光源的亮度和位置，使光线垂直照射到圆孔上。

2. 调节圆孔的直径，观察和记录不同直径下的衍射光斑。

3. 将屏幕放置在合适的位置，接收和观察衍射光斑。

4. 使用测量仪器测量光斑的直径和位置，并记录数据。

实验结果通过圆孔衍射实验，我们观察到了一系列的衍射光斑。

随着圆孔直径的增大，衍射光斑的直径也增大，但是衍射环的亮度和清晰度会减弱。

当圆孔直径非常小的时候，衍射光斑会呈现出明亮而清晰的环状结构。

而当圆孔直径逐渐增大时，衍射光斑会变得模糊，环状结构逐渐消失。

讨论与分析圆孔衍射实验的结果符合光的波动性质。

当光通过一个孔时，光波会沿着各个方向传播，并在传播的过程中发生干涉。

衍射光斑的大小和形状取决于孔的大小和光的波长。

当孔的直径非常小的时候，光波会在孔的边缘发生强烈的衍射，形成明亮而清晰的衍射环。

而当孔的直径逐渐增大时，衍射光斑的清晰度和亮度会减弱，因为光波的干涉效应逐渐减弱。

圆孔衍射实验还可以用来测量光的波长。

根据衍射光斑的直径和圆孔的直径，可以利用菲涅耳衍射公式计算出光的波长。

一、实验目的1. 通过观察圆孔衍射现象，加深对光的波动性和衍射理论的理解。

2. 学习使用光电元件测量圆孔衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。

3. 分析圆孔衍射的实验结果，验证衍射理论，并探讨影响衍射效果的因素。

二、实验原理圆孔衍射是光波遇到障碍物（如圆孔）时发生的一种波动现象。

根据惠更斯-菲涅尔原理，光波在传播过程中，每个点都可以看作是次级波源，这些次级波源发出的波在几何阴影区域相互干涉，形成衍射图样。

当单色光束垂直照射到圆孔上时，经过圆孔的光波在远场（远离圆孔的位置）会发生衍射，形成一系列明暗相间的同心圆环，称为圆孔衍射图样。

其中，圆孔的直径D、光波的波长λ、圆孔到屏幕的距离L等因素会影响衍射图样的形状和大小。

三、实验仪器1. He-Ne激光器2. 单缝及二维调节架3. 光电探测器及移动装置4. 数字式万用表5. 钢卷尺6. 圆孔衍射屏7. 屏幕板四、实验步骤1. 将He-Ne激光器、圆孔衍射屏和屏幕板依次安装在二维调节架上。

2. 调节激光器的发射角度，使其垂直照射到圆孔衍射屏上。

3. 移动屏幕板，观察圆孔衍射图样的变化。

4. 使用光电探测器测量圆孔衍射图样上不同位置的光强。

5. 记录实验数据，分析圆孔衍射的规律。

五、实验结果与分析1. 圆孔衍射图样的观察当激光垂直照射到圆孔衍射屏上时，在屏幕上观察到一系列明暗相间的同心圆环，称为圆孔衍射图样。

图样中央有一个亮斑，称为艾里斑，其大小与圆孔直径D和光波波长λ有关。

2. 圆孔衍射光强分布的测量使用光电探测器测量圆孔衍射图样上不同位置的光强，得到以下结果：- 圆孔衍射图样上，光强分布呈现明暗相间的同心圆环。

- 艾里斑中心的光强最大，随着距离中心越远，光强逐渐减弱。

- 圆孔衍射图样上，相邻亮环和暗环的光强比约为1:3。

3. 圆孔衍射规律的分析根据实验结果，分析圆孔衍射的规律如下：- 圆孔衍射图样中，艾里斑的大小与圆孔直径D和光波波长λ有关，即艾里斑的半角宽度为：\[ w_0 = 1.22 \frac{\lambda}{D} \]其中，\( w_0 \)为艾里斑的半角宽度，λ为光波波长，D为圆孔直径。

圆孔衍射和泊松亮斑和牛顿环首先，让我们先来了解一下圆孔衍射的基本原理。

当光线射入一个孔径较小的圆孔时，光波会沿着孔径的边缘传播，并在边缘附近发生衍射。

在衍射的过程中，光波在孔径中的传播将受到限制，导致光波的干涉和衍射现象。

这种现象使得在孔径后的屏幕上会出现一系列的亮斑和暗斑，这就是圆孔衍射的典型特征。

接下来，我们来介绍一下泊松亮斑。

泊松亮斑是指当平行光线通过一个小孔后，在接收屏上会出现一系列亮暗相间的光斑。

这些光斑的分布规律是不规则的，呈现出明暗交替的规律。

泊松亮斑的产生是由光的波动特性引起的，在光波传播的过程中，波的相位和振幅会发生变化，从而产生干涉和衍射现象。

这种现象使得泊松亮斑成为了研究光波传播特性和衍射现象的重要实验现象。

此外，牛顿环也是圆孔衍射的一个重要实验现象。

牛顿环是指当平行光线通过一个凸透镜后，在接收屏上会出现一系列圆形的亮暗交替的光斑。

这些光斑的特点是亮斑呈圆环状分布，而暗斑则呈圆形分布。

牛顿环和泊松亮斑一样，都是由光波的传播特性和衍射现象引起的。

在牛顿环中，光波在经过凸透镜的过程中会发生衍射和干涉，从而产生出这种圆形的亮暗交替的光斑。

在实际应用中，泊松亮斑和牛顿环有着广泛的应用。

首先，泊松亮斑和牛顿环可以用来研究和验证光波的传播特性和衍射现象。

通过观察泊松亮斑和牛顿环的分布规律，可以了解光波在传播过程中的干涉和衍射现象，从而深入研究光的波动性和传播规律。

其次，泊松亮斑和牛顿环还可以应用在光学仪器和光学器件中。

例如，在激光器和干涉仪中，可以利用泊松亮斑和牛顿环的分布规律来调整和改进光学仪器的性能，从而提高仪器的精度和稳定性。

总之，圆孔衍射、泊松亮斑和牛顿环是光学中的重要实验现象，它们展示了光波的传播特性和衍射现象对光的影响。

通过深入研究和了解这些实验现象，可以更好地理解和应用光波的传播特性和衍射现象，从而推动光学领域的发展和应用。

圆孔衍射条纹的特点圆孔衍射是一种光学现象，当光通过一个小孔时，会在光屏上形成一系列明暗的条纹，这些条纹就是圆孔衍射条纹。

这种现象可以用来研究光的波动性质和衍射现象。

圆孔衍射条纹具有以下几个特点：1. 中心明暗交替的圆形区域：圆孔衍射的特点之一是在光屏的中央会形成一个明亮的圆形区域，称为中央亮斑。

中央亮斑的直径与孔径的大小有关，孔径越大，中央亮斑越小。

中央亮斑周围是一系列的暗纹和亮纹，形成圆环状的图案。

2. 条纹的交替和扩展：从中央亮斑开始，条纹呈放射状扩展，明暗条纹交替出现。

明纹对应的是相位差为奇数倍的光波叠加，暗纹对应的是相位差为偶数倍的光波叠加。

随着距离中央亮斑越远，条纹的间距逐渐增大，直到最后变得足够稀疏无法观察到。

3. 条纹的强度：条纹的强度取决于光的波长和孔径的大小。

当光的波长较长或孔径较小时，条纹的强度会减弱，暗纹和亮纹的对比度会降低。

当光的波长较短或孔径较大时，条纹的强度会增强，暗纹和亮纹的对比度会增加。

4. 条纹的形状和数量：圆孔衍射条纹的形状取决于光源的类型和孔径的形状。

如果光源是单色的点光源，条纹呈放射状扩展。

如果光源是波长连续的光源，条纹呈圆环状扩展。

此外，圆孔衍射条纹的数量取决于孔径的大小和光的波长，孔径越大，条纹的数量越多。

5. 条纹的清晰度：圆孔衍射条纹的清晰度取决于光的波长和孔径的大小。

当光的波长较长或孔径较小时，条纹的清晰度会降低，条纹模糊不清。

当光的波长较短或孔径较大时，条纹的清晰度会增加，条纹清晰可见。

圆孔衍射条纹是光通过一个小孔后在光屏上形成的明暗交替的条纹。

这些条纹的特点包括中心明暗交替的圆形区域、条纹的交替和扩展、条纹的强度、条纹的形状和数量以及条纹的清晰度。

通过研究圆孔衍射条纹，我们可以了解光的波动性质和衍射现象。

圆孔衍射实验报告圆孔衍射实验报告引言：圆孔衍射是一种经典的光学现象，它是指光通过一个圆形孔径时，会在屏幕上形成一系列明暗相间的圆环。

这一现象可以用来研究光的波动性质，以及探索光的传播规律和衍射效应。

本实验旨在通过观察和测量圆孔衍射现象，深入理解光的波动性质。

实验装置与步骤：实验所需材料包括一束激光器、一个圆孔光阑、一个屏幕和一根测量尺。

首先，将激光器放置在实验台上，使其与圆孔光阑保持一定距离。

然后，将圆孔光阑放置在激光器的光路上，并调整光阑的位置和孔径大小。

最后，将屏幕放置在光路的末端，以观察和记录圆孔衍射现象。

实验结果与分析：在实验过程中，我们观察到在屏幕上形成了一系列明暗相间的圆环。

这些圆环的亮度逐渐减弱，直到消失为止。

实验结果与理论预期一致，证明了圆孔衍射的存在。

根据圆孔衍射的理论，这些圆环的出现是由于光通过圆孔后发生了衍射现象。

当光通过圆孔时，它会弯曲并扩散到周围空间，形成一系列波前。

这些波前在屏幕上相互叠加，形成了明暗相间的圆环。

圆孔衍射的衍射角度和圆环的间距与圆孔的孔径大小有关。

当孔径较小时，衍射角度较大，圆环之间的间距也较大。

相反，当孔径较大时，衍射角度较小，圆环之间的间距也较小。

这一规律可以通过实验中的测量尺来验证。

我们使用测量尺测量了圆环之间的间距，并记录了不同孔径下的测量结果。

通过分析数据，我们发现孔径大小与圆环间距之间存在着一定的关系。

具体来说，当孔径大小增大时，圆环间距也随之增大，呈现出一种线性关系。

这一结果与理论预期相符。

结论：通过本次实验，我们深入理解了圆孔衍射现象。

我们观察到了明暗相间的圆环，并通过测量尺验证了孔径大小与圆环间距之间的关系。

这一实验为我们进一步研究光的波动性质和衍射效应提供了基础。

圆孔衍射现象不仅在光学领域有重要的应用，还在其他领域中发挥着重要作用。

例如，在天文学中，圆孔衍射可以用来研究星系的形态和结构。

在生物学中，圆孔衍射可以用来研究细胞的形态和结构。

光的衍射练习题理解单缝衍射和圆孔衍射的现象光的衍射是物理学中一个重要的现象，它揭示了光在波动性质下的特点。

在光的传播过程中，当遇到物体边缘或小孔时，光波会弯曲并扩散，形成明暗交替的衍射图案。

本文将对单缝衍射和圆孔衍射这两个现象进行详细阐述。

一、单缝衍射单缝衍射是指当光通过一个很窄的缝隙时，会在远离缝隙的区域上出现明暗相间的衍射图案。

这种现象是由于缝隙的宽度与光波波长相当，并且光的波动性质导致的。

当光通过缝隙时，光波会弯曲并向两侧扩散，形成一系列条纹，其中有明亮的中央主极大和两侧暗弱的副极大。

单缝衍射的衍射角θ和缝隙宽度a之间的关系可以通过衍射公式表示：sinθ ≈ mλ/a，其中m为整数，λ为光的波长。

根据这个公式，我们可以发现随着缝隙宽度的减小，明亮的衍射条纹会更加集中，而暗弱的副极大则会变得更窄。

二、圆孔衍射圆孔衍射是指当光通过一个小孔时，也会在后方形成明暗相间的衍射图案。

与单缝衍射不同的是，圆孔衍射形成的衍射图案呈现出中央亮点和一系列同心环状暗弱区域。

圆孔衍射的主极大对应着中央亮点，而副极大和暗纹则逐渐向外扩展。

圆孔衍射的衍射角θ和孔径直径D之间的关系可以用衍射公式表达：sinθ ≈ 1.22λ/D，其中λ为光的波长。

根据这个公式，我们可以得知衍射图案的大小和特性与光的波长和孔径直径相关。

三、单缝衍射和圆孔衍射的区别和应用单缝衍射和圆孔衍射虽然具有一定的相似性，但仍有一些本质的区别。

首先，从衍射图案来看，单缝衍射形成的是一系列平行的线条，而圆孔衍射则呈现出同心环状的图案。

其次，两者对应的衍射公式也有细微的差异，分别取决于缝隙宽度和孔径直径。

光的衍射现象在现代科技中有着广泛的应用。

光的衍射现象是人们制造激光器、天文望远镜等光学仪器的基础。

在光学显微镜中，也利用了光的衍射原理。

此外，光的衍射还常被应用于干涉仪器和光栅中，用于测量光波长和研究物质的结构。

总之，光的衍射是光学中一个重要的现象，通过单缝衍射和圆孔衍射的理解，我们可以更好地认识光的波动性质和其与物质相互作用的基本规律。