光的夫瑯禾費衍射實驗再研究

趙小俠，袁宇博，楊 迪，鄒呈祥，王 浩，賀俊芳，王碧熙，王紅英，付福興

(西安文理學院 機械與材料工程學院，陜西 西安 710065)

光波是極高頻率的電磁波(可見光波段頻率ν：7.5×1014～4.1×1014Hz)，因此它的波長很短(可見光波段波長λ：390～760 nm，1 nm=10-9m)。相對于日常所見的宏觀物體來說，光波的波長實在是太小了，根據光的衍射條件，光在行進中遇到的障礙物的尺寸與光的波長可比擬才可以觀察到光的衍射現象。因此實際生活中，光雖然在傳播過程中具有波動性，但是在實際問題的處理中均以幾何光學即光在均勻介質中是直線傳播的，不考慮光遇到障礙物的衍射現象。在考慮光的波動性，討論光遇到障礙物的衍射現象時，根據光源與障礙物以及觀察屏的遠近，又人為的分為菲涅爾衍射(近場衍射)和夫瑯禾費衍射(遠場衍射)。本文利用惠更斯-菲涅爾原理與基爾霍夫標量衍射理論[1-5]在分析夫瑯禾費衍射光強的基礎上，設計了遠場的夫瑯禾費衍射實驗光路，對不同形狀的衍射物的夫瑯禾費衍射光強進行了研究。使衍射的理論公式更為形象，有利于對光的衍射規律的理解。

1 理論分析

根據惠更斯一菲涅爾原理得出的單縫夫瑯禾費衍射光強[6]分布可知，單縫衍射的中央亮紋位置，由

sinu=0

(1)

決定，其中u=(πbsinθ)/λ，λ為單色光波長，b為單縫的寬度，θ為衍射角。

這樣滿足方程u0=(πbsinθ0)/λ

(2)

的方向，即衍射角sinθ0=0(衍射中央最大值的位置即透鏡焦點F0處)，IPo是在透鏡焦點F0處的光強：

Ipo=A2

(3)

其中A為振幅大小，這時衍射光強為最大值。

如果在透鏡的物方焦平面上光源S有變動得到單縫衍射的光強公式普遍形式[7]，