夫琅禾費衍射

夫琅禾費衍射

夫琅禾費衍射是把單色點光源放在透鏡的焦點上,經過透鏡後的單色平行光垂直照射衍射屏時,在屏後面不同距離上會觀察到一些衍射現象,其中當屏遠離到足夠大的距離後,光斑中心出現一個較大的亮斑,外圍是一些較弱的明暗相間的同心圓環,此後再往外移動,衍射花樣出現穩定分布,中心處總是亮的,只是半徑不斷擴大而已,這種衍射稱為夫琅禾費衍射,又稱遠場衍射(而當距離較近時為菲涅爾衍射,較近時沒有夫琅禾費衍射)。其在實驗中的觀察方式是:光源和觀察屏都在離衍射孔(或縫)無限遠處(或等效無窮遠處)。

基本信息

簡介

光源和觀察幕離障礙物(孔或屏)均為無窮遠的衍射現象。實驗裝置如圖,S為單色點光源,放置在透鏡L1的物方焦點處,所得平行光垂直入射到障礙物,藉助於透鏡L2將無窮遠處的衍射圖樣移至L2的像方焦面上觀察。

特點

夫琅禾費衍射夫琅禾費衍射
根據惠更斯-菲涅耳原理,單縫後面空間任一點P的光振動是單縫處波陣面上所有子波波源發出的子波傳到P點的振動的相干疊加。
單縫衍射障礙物為單狹縫,其長度比縫寬a要大得多,故可看作無窮長。由於在縫的長度方向對入射光沒有限制,在該方向上不發生衍射;在垂直於縫長方向對光有限制,將發生衍射。幕上P點的強度I取決於衍射角為θ的衍射光在該點的相干疊加結果,圖中為其強度分布曲線,I0為中心點O的光強。θ=0時,I=I0,強度達極大值,稱衍射主極大(或中央極大)。當衍射角θ滿足sinθ=kλ/a(k=±1,±2,…,λ為波長)時,I=0,稱衍射極小。相鄰兩極小間有一次極大,其強度遠比中央極大要小,中央極大占有入射能量的絕大部分。
當縫寬aλ時,所有次極大和極小均向中心點O靠攏,在極限情形下(a→∞)縮成一點,此即幾何光學的結果。只有當縫寬a與波長λ可比擬時才能觀察到明顯的衍射現象。衍射極小(或極大)的位置和間距與波長有關,對不同波長的光,除中央極大重合外,其他各級次極大均彼此分離,所以,用白光作為光源時將會得到彩色衍射圖樣。
圓孔的夫琅禾費衍射為用一個小孔來代替狹縫,當平行單色光垂直照射在圓孔上時,在透鏡上的焦平面就可以觀察到圓孔的夫琅禾費衍射花樣。中間是一較亮的圓斑,外圍是一組同心的明環和暗環,以第一暗環為邊界的中央亮斑約占整個入射光線光強的84%,我們把這箇中央亮斑叫做艾里斑(Airydisk).

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