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 $a$ ，狹縫至屏幕距離為 $D$ ，在屏幕上任意之觀察點 $P$ 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 $D$ ，會遠大於狹縫寬 $a$ ，故從狹縫到屏幕上 $P_{1}$ 的光程，可近似於平行，從圖二可知， $r_{1}$ 和 $r_{2}$ 之間的光程差 $\frac{a}{2}sin\theta$ 若等於半波長 $\frac{\lambda }{2}$ ，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 $P_1$ 的光路徑，均能在下半段中找到一個跟它的光程差是 $\frac{\lambda }{2}$ 的光路徑，兩者即形成破壞性干涉，上述 $r_{1}$ 和 $r_{2}$ 只是多組配對中的其中一對。

因此，當 $\frac{a}{2}sin\theta=\frac{\lambda }{2}$ 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， $P_2$ 為暗點形成的條件，則為 $\frac{a}{4}sin\theta =\frac{\lambda }{2}$