波的衍射》专题实验论文专业：思源 姓名：王若闻 学号：09274070摘要：波的衍射专题共包括五个实验，光波的夫琅禾费衍射，透射光栅衍射，微波布拉格衍 射，X射线晶体衍射和电子衍射本次实验主要针对前三个实验进行研究，但是三个实验又 都各有不同，其中夫朗禾费衍射主要是对衍射进行观察并学会利用光敏器件测量光强分布， 透射光栅衍射则是通过衍射现象去了解光栅的特性，而微波布拉格衍射实验是通过实验学习 微波布拉格衍射理论以及学会一种测量波长的方法本文通过对三个实验的论述，探讨波的 衍射在生活中的应用关键词： 波的衍射， 夫琅禾费衍射，光栅衍射，微波布拉格衍射，衍射的应用背景：从波源发出的波经过同一传播时间到达的各点所组成的面，叫做波面（或波前）荷兰 物理学家惠更斯经过长期研究，于1690 年提出了一条关于波的传播的重要原理，叫做惠更 斯原理这一原理是：波面上的各点可以看做是新的波源，叫做子波源，从这些子波源发出 的子波所形成的包面（或包迹），就是下一时刻的新的波面用惠更斯原理很容易说明水波通过障碍物的缝时的衍射现象如图 1 所示，设波阵面为 直线形的水波，到达障碍物的缝时，缝上各点成为新的子波源。
以这些子波源为中心作半径 为 vt（v 为波速）的半圆面，再作与半圆面相切的包面，这个包面就是波通过缝后在时刻 t 的 波面．从图中可以看：出，直线形水波通过缝后，除与缝的宽度相等部分的波面仍为直线外， 在缝的边缘处，波面的相当大的一部分发生了弯曲，传播到了障碍物的后面，这就是衍射现 象当缝的大小（或障碍物的大小）跟波长相差不多时就发生明显的衍射现象如果缝很宽， 其宽度远大于波长，则波通过缝后基本上是沿直线传播的，衍射现象就很不明显了用惠更斯原理虽然能定性地解释衍射现象，但不能对衍射现象作出定量的分析 19 世 纪初法国物理学家菲涅耳补充了惠更斯原理，他认为任一时刻的波面并不是简单地由子波的 包迹形成的，而是它们互相干涉的结果．经过这样补充的惠更斯-菲涅耳原理，能够确切地 解释波的衍射现象论述：一 光波的夫琅禾费衍射 实验方法：（1）调整光路，调节仪器使他们同轴等高（2） 观察记录单缝衍射现象（3） 测量单缝衍射的光强，调节光电池，记录格数（4） 取下单缝，测量缝宽扩展：圆孔的夫琅禾费衍射 用圆孔代替单缝，接收屏上就得到圆孔的夫琅禾费衍射图样中央是一个明亮的圆斑，集中 了衍射光能的83.8%，通常称为艾里斑，其中心就是圆孔的几何光学的像点。
艾里斑之外则 是一组暗亮相间的同心圆环艾里斑的大小反映了衍射光的弥散程度，而第一暗环的衍射角 jO给出了艾里斑的半角宽度如果圆孔的直径为D,光波波长为I,理论计算可得珈=arc： sin 1.瑤"2垮若透镜L的焦距为f,则艾里斑的半径为由以上两式可见,艾里斑的大小与衍射孔的孔径 D 成反比对于光学仪器而言,总是 希望得到清晰的像,这就要求衍射光的弥散程度尽量小,即艾里斑尽量小,所以应该尽可能 增大光学仪器的孔径Do二 透射光栅衍射实验方法：（1）调节分光计,在载物台上放置光栅（2） 转动望远镜,观察衍射条纹（3） 测量光栅中央亮条纹角度及两侧正负1 级各条谱线相对中央亮条纹的偏角 结论：通过公式计算各级光波长,得'「:二 仁=三汀匸二二：■弋 =）込.決二二「*：一 =订与可见光范围表比较红（Red） ----- 780〜630 700 ,橙（Orange） -- 630〜600 620，黄（Yellow） -- 600〜570 580，绿（Green） -- 570〜500 550，青（Cyan）---500〜470 500，蓝（Blue） --- 470〜420 470，紫（Violet） - 420〜380 420o所得数据与实际基本吻合。
三 微波布拉格衍射在此处键入公式 实验方法：（1）调节分光计，使两个喇叭同时等轴等高，且通过分光计中心，接通电源（2）测量微波波长验证布拉格公式在衍射角20°到60°之间每隔1°读一次 微安表读数 I结论：微波波长a = 31.389mm, 11晶面族间距测得为36.875mm；与40mm基本相等由以上三个实验可以得知，光的衍射在测量微小距离和角度时是很有用处的除此之外， 在现代科技中，光的衍射原理还应用于很多方面，例如医疗军事等重大领域经过我对资料 的查阅，现简单介绍一下光的衍射的一个重要应用——全息照相全息照相是20世纪四十年代末出现的一种新型摄影技术，由于激光技术的发展，全息 照相发展非常迅速. 全息照相和普通照相不同，普通照相是应用透镜成像原理，通过透镜把 物体的实像成在感光底片上，它只记录了物体表面发光或反光的强度；全息照相是应用光的 干涉原理，在照相底片上不仅记录了光的强度，而且还记录了光的位相，即记录了全部的信 息，故曰全息照相. 但对于拍摄的底片，不能直接观察被摄物体的形象，而只能看到一些明 暗条纹，还必须根据光的衍射原理才可使被摄物体再现，这时科观察到物体的立体图像，有 如愿物体又重现在眼前.瞰光器图 12 物光和参照光在感光底片上的叠 图 13 全息照相再现示意图全息照片记录（拍摄）过程的示意图如图 12所示.有激光器发射出的激光（单色光由分束镜分成两束，一束经全反射镜M改变光路，由扩束镜L扩大照射到被摄物体上，在11经物体反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光；另一束经全反射镜M改变光路，由扩2束镜L扩大后直接照射到感光底片上，这部分光叫做参考光•物光和参考光发生干涉，结果2在照相底片上记录下将发生漫反射，因此，物体上每一点都可以把光反射到整个感光底片上 也就是感光底片上每一点都接到整个物体的光. 因为物体上反射出来的物光的光强和位相不 同，所以物体反射光中的全部信息都以干涉条纹的形式记录在感光底片上，经过显影和定影 后，就制成了全息照片. 为再现被拍摄物体，用激光照射全息片，如果照射的激光和底片的 相对位置和拍摄时的参考光一样，从底片的一侧观察到物体的虚像，它和原来的实物一模一 样.激光通过底片，同时还成一个实像，用一个光屏可在全息片的另一侧观察.其示意图如图13 所示由于全息照相再现的像立体感很强，因此在科技领域应用很广.可利用全息照相研究振 动、物体的微小位移或材料的微小形变、变速运动现象.全息显微镜可拍摄活的生物体，记 录它们的三维图像，以用来研究活的生物体.红外、微波全息技术在军事侦察和监视上具有 重要意义.超声全息技术可进行水下侦查和监视，并可用于医疗透视诊断，工业无损探伤. 全息照相信息容量很高，用全息方法作为计算机的信息存储系统可达到很高的密度.总之， 全息照相技术是一门新兴科学，在理论及应用中，定将不断得以发展.撰写时间：2010年11 月21 日参考文献：百度文库——夫琅禾费衍射，可见光波长范围新世纪物理教学网——圆孔衍射豆丁网——全息照相原理。