雷射單狹縫繞射

雷射單狹縫繞射

目的

光的繞射(diffraction)現象。

 

實驗

將雷射光源垂直入射於單狹縫(single slit),觀察後方屏幕上所形成的繞射條紋。

 

 

原理思考

為何有繞射條紋?

 

上圖代表以平行光垂直入射單狹縫,狹縫寬度,狹縫至屏幕距離為,在屏幕上任意之觀察點產生的干涉。 波前上的每一點,均可視為一個子波源(此即海更士原理Huygens’ principle),因此狹縫上的每一點均可當作一新波源。一般來說,實驗儀器的設置,狹縫到屏幕的距離,會遠大於狹縫寬,故從狹縫到屏幕上的光程,可近似於平行,從圖二可知,之間的光程差 若等於半波長,則會形成破壞性干涉(destructive interference)。想像把狹縫切成上下兩段,上段中每一點到的光路徑,均能在下半段中找到一個跟它的光程差是 的光路徑,兩者即形成破壞性干涉,上述只是多組配對中的其中一對。

因此,當 成立時,我們可得到一暗點的存在。 同理,若將單狹縫切成四段來看(圖三、四),用上述的方法,則會發現,為暗點形成的條件,則為 

因此,可推得當暗點形成的條件為 , 

由此得知單狹縫繞射的亮暗點的分佈。  

 

討論

1.若入射光源改為白光,則結果會如何?

2.若光源非垂直入射於狹縫,則會有何種結果?

 

關於實驗

本實驗所用單狹縫縫寬為

 

參考資料

 “Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch36. Halliday, Resnick, Walker 

 

指導老師

謝奇文

 

撰稿

黃時霖