干涉和衍射

Physics II

Your institution must subscribe to JoVE's Physics collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Overview

资料来源: 陈博士体育永,物理系 & 天文学、 科技大学、 普渡大学、 西拉斐特,在

干涉和衍射是波,从水波到电磁波,比如光的特征现象。干扰是指当两个波的同一种重叠给大型和小型波振幅交替的空间变化的现象。衍射是指当波通过孔径或绕着对象的现象,干扰,也给大、 小振幅空间交替上升可以波的不同部分。

本实验将通过观察衍射和激光光分别通过单缝和双缝干涉演示光的波动性。这两条缝索性在铝箔用锋利的刀片和衍射和干涉的特征,表现为交替放置后铝箔,当光线照在铝箔上 slit(s) 的屏幕上的光与暗条纹的图案。从历史上看,光的干涉和衍射观察发挥了重要作用建立光一种电磁波。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 物理学精要 II. 干涉和衍射. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

1.为实验获得所需的组件

  1. 获得激光护目镜和穿之前打开激光实验过程中。
  2. 获得一块铝箔,再用剪刀把它切成两个 (大约) 2 × 2 的正方形块。
  3. 获得两个纸板,每个大约 3 x 3 中,孔 (直径大约 1 英寸),中间穿。
  4. 获取可夹纸板或块纸板可以录音的设备。
  5. 获得几个薄刀片。
  6. 获取与波长的氦-氖激光指针 ~ 633 nm 或绿色激光指针与波长 532 nm。

2.单缝衍射

  1. 处理铝铝箔广场,用刀片,切缝大约 1 厘米长在金属箔。使用一把尺子来帮助指导剃刀获得直切。
  2. 带缝 (示意图见图 3a) 的开孔内水平面向磁带铝箔纸板的广场上。把铝箔转弯磁带 (不包括缝)。纸板有助于稳定在这个实验中的金属箔。夹一个边缘的纸板 (纸板应垂直于桌子的表面) 的设备,与孔和水平缝暴露,并面临着白色的墙 (这将是屏幕) 约 30 公分以上的距离。
  3. 打开激光指针,闪耀激光光束 (在垂直于铝箔的方向) 到狭缝。观察光模式在铝箔的另一边的墙上。关掉房间里的灯光模式更加清晰可见。

3.双缝干涉

  1. 采取其他铝箔。堆栈 3 刀片在一起,但与中间叶片的边缘嵌从其他两个叶片的边缘。用此堆栈切两个近距狭缝在铝箔 (每个大约 1 厘米长)。用一把尺子,帮助指导剃刀,使直切。
  2. 磁带上其他纸板 (简图中图 4a所示) 箔和再次支持与副或块,类似于步骤 2.2 纸板。
  3. 打开激光指针,照耀到双缝的激光束。观察光模式在铝箔的另一边的墙上。关掉房间里的灯光模式更加清晰可见。

干涉和衍射是所有波,从水波浪对电磁波,比如光的特征现象。

干扰是指对这种现象,在同一种重叠的两个波产生的更大,由此产生的波降低或相同的振幅。

衍射被指周围的障碍或孔径角的波的弯曲。在这种情况下,差速器配件的波可以干扰,给大、 小振幅空间交替上升。

这个视频将通过观察衍射和干涉模式演示光的波动性。

波是振荡幅值的一些物理量在空间和/或时间。干扰是最具特色的现象,与波有关。

波的不同部分可以重叠和"妨碍"产生的强、 弱波振幅,称为干涉条纹的空间交替。当干扰波的幅值加起来时,它被称为相长干涉;而当其幅值减去从彼此,它被称为破坏性干扰。

现在,如果光的波长 lamda,是照单狭缝,远从大和小之间的狭缝候补委员强度或几乎为零的值,对应于"聪明"和"黑暗"地区,也被称为"条纹"。这种模式的中心是缝隙的总是明亮,在 y 轴上。

此变更被称为通过小孔光的"衍射模式"。这是波的特征现象。具体而言,指出两条边的光圈"重新发出",或换言之"衍射"向不同方向的光波。

光波衍射的结果形成的衍射图样的不同部分之间的干扰。

在两个密缝模式形成,著名称为"杨氏双缝干涉图案",是从两个狭缝衍射光的干扰。以下协议演示如何设置单缝和双缝实验和解释其结果。

收集必要的资料和实验,包括与波长的氦-氖激光指针工具 ~ 633nm,几个薄刀片、 铝箔、 纸板、 一把尺子、 一把剪刀,一块木头,和激光安全护目镜。

用一把剪刀切成两个大约 2 英寸的 2 英寸方形块铝箔。此外,把纸板切成两个大约 3 英寸 × 3 英寸正方形块的约 1 英寸直径的中心孔。

接下来,拿出一张铝箔,并使用刀片,切直缝大约 1 厘米长在金属箔。与狭缝孔内定位磁带到一个纸板上的铝箔。

现在,磁带一边缘的木制块纸板和滑白墙约 30 公分处缝隙。确保纸板是垂直于台面,暴露出的孔和垂直缝,并且面临着在墙。

激光指针装入纸板,同时确保激光束将平行于桌子的另一边的地方。现在穿激光护目镜,打开激光指针,并照耀到狭缝的激光束。

把灯关了房间,并观察光模式在铝箔的另一边的墙上。请关闭激光指针并删除激光护目镜。

接下来,堆栈三个刀片,这样中间的叶片凹进。采取其他铝箔和利用堆栈的刮胡刀片和一把尺子上剪两个密集平行的直线缝,约 1 厘米长在金属箔。现在磁带到其他纸板上的铝箔,然后将其磁带上木制的块。

穿激光护目镜,打开激光指针,并照耀到双缝的激光束。把灯关了房间,并观察光模式在铝箔的另一边的墙上。最后,关闭激光指针。

完成议定书 》,让我们现在审查单缝和双缝实验的结果。在单缝实验,观察到墙上的光纹陈列特征衍射条纹。中央亮条纹是大约两倍宽,在 y 方向,作为其他明亮边缘周围相同的宽度都。

此外,从中央到沿 y 轴的外围边缘明亮条纹衰变的强度。这预计为单缝衍射图样,从激光平行光线弯曲在狭缝和建设性,重叠形成明亮的条纹和破坏性在这两者之间形成深色的条纹。

在双缝实验中,观察到墙上的光模式展品特性的干涉条纹。

这些干涉条纹是比明亮的区域的衍射图样的狭窄得多。这是因为间缝分离了 ' 是要远远大于狭缝宽度 'a',和它是控制的干涉条纹宽度的间缝分离的倒数。然而,它是 'a',控制衍射条纹的宽度的狭缝宽度的倒数。

光的干涉与衍射发挥了重要作用,建立光一种电磁波。因此,这些影响是重要的基于光学和光子学的很多技术。

激光衍射能谱,是一种技术,利用任何对象 — — 从纳米到毫米大小 — — 快速测量几何尺寸的粒子通过激光束的衍射图样。

传感器用于检测的激光灯钓鱼和电脑然后用来检测对象的粒子尺寸从产生的光能量和它的布局。

干涉法是一种技术,用于精确测量距离、 小位移、 折射率变化和表面不规则叠加和波的干扰。

在这里两个波的频率相同,但不同路径长度干扰,导致了干涉图样。然后可以使用此模式,使未知参数的精确测量。干涉这种技术用于 LIGO 或激光干涉引力波天文台,是巨大的探测器用来探测引力波。

你刚看了光的干涉与衍射朱庇特的简介。你现在应该能够理解背后的形成的衍射和干涉的光模式,用单缝和双缝实验证实的理论。谢谢观赏 !

Results

对于步骤 2.3,代表性的光纹在墙上将会观察到所示图 3b,参展特征衍射条纹。注意中央亮条纹是大约两倍宽 (在y-方向) 作为其他明亮条纹 (这是在宽度差不多),和超出强度的明亮的条纹衰变至中心沿y-轴,按预期的单缝衍射图样。

对于步骤 3.3,代表性的光纹在墙上将会观察到图 4b所示。还有一种整体的强度调制模式,看起来类似于在步骤 2.3 中观察到的衍射图样。这确实是由于每一条细缝的衍射图样。里面的衍射图样明亮的区域,一个可以观察大约同样间隔明亮条纹。这些都是双缝干涉条纹。这些干涉条纹是比明亮的区域的衍射图样的狭窄得多,因为间缝分离d是要远远大于狭缝宽度(这些长度的倒数分别控制干扰或衍射条纹,宽度)。

Figure 3

图 3.图中显示: () 激光束照耀着单缝对铝箔,固定在纸板与开孔;和 (b) 代表衍射条纹后缝观察屏幕上。Figure 4

图 4。图中显示: () 的激光束照耀着双缝对铝箔,固定在纸板与开孔;和 (b) 代表干涉条纹后双缝观察屏幕上。

Applications and Summary

在这个实验中,我们表明单缝衍射图样和双缝干涉条纹的光,用一束激光。观察这些特征波现象演示光的波动性。

光的干涉与衍射光学的发展中发挥重要作用,因为他们帮助建立了光是一种电磁波。基于光学和光子学的很多技术,也是这些影响。例如,衍射一般用来测量一个小物体或小破洞,大小和是也时要考虑的一个重要方面设计光学显微镜成像系统。(所以称为"干涉") 的光学干涉测量可以用于精密测量的距离 (如光源或镜子之间) 和发现从加工、 地质、 和天文学 (如探测到引力波的 LIGO 计) 的应用程序。

实验的作者承认援助的加里 · 哈德逊的材料制备和 Chuanhsun 李演示视频中的步骤。

1.为实验获得所需的组件

  1. 获得激光护目镜和穿之前打开激光实验过程中。
  2. 获得一块铝箔,再用剪刀把它切成两个 (大约) 2 × 2 的正方形块。
  3. 获得两个纸板,每个大约 3 x 3 中,孔 (直径大约 1 英寸),中间穿。
  4. 获取可夹纸板或块纸板可以录音的设备。
  5. 获得几个薄刀片。
  6. 获取与波长的氦-氖激光指针 ~ 633 nm 或绿色激光指针与波长 532 nm。

2.单缝衍射

  1. 处理铝铝箔广场,用刀片,切缝大约 1 厘米长在金属箔。使用一把尺子来帮助指导剃刀获得直切。
  2. 带缝 (示意图见图 3a) 的开孔内水平面向磁带铝箔纸板的广场上。把铝箔转弯磁带 (不包括缝)。纸板有助于稳定在这个实验中的金属箔。夹一个边缘的纸板 (纸板应垂直于桌子的表面) 的设备,与孔和水平缝暴露,并面临着白色的墙 (这将是屏幕) 约 30 公分以上的距离。
  3. 打开激光指针,闪耀激光光束 (在垂直于铝箔的方向) 到狭缝。观察光模式在铝箔的另一边的墙上。关掉房间里的灯光模式更加清晰可见。

3.双缝干涉

  1. 采取其他铝箔。堆栈 3 刀片在一起,但与中间叶片的边缘嵌从其他两个叶片的边缘。用此堆栈切两个近距狭缝在铝箔 (每个大约 1 厘米长)。用一把尺子,帮助指导剃刀,使直切。
  2. 磁带上其他纸板 (简图中图 4a所示) 箔和再次支持与副或块,类似于步骤 2.2 纸板。
  3. 打开激光指针,照耀到双缝的激光束。观察光模式在铝箔的另一边的墙上。关掉房间里的灯光模式更加清晰可见。

干涉和衍射是所有波,从水波浪对电磁波,比如光的特征现象。

干扰是指对这种现象,在同一种重叠的两个波产生的更大,由此产生的波降低或相同的振幅。

衍射被指周围的障碍或孔径角的波的弯曲。在这种情况下,差速器配件的波可以干扰,给大、 小振幅空间交替上升。

这个视频将通过观察衍射和干涉模式演示光的波动性。

波是振荡幅值的一些物理量在空间和/或时间。干扰是最具特色的现象,与波有关。

波的不同部分可以重叠和"妨碍"产生的强、 弱波振幅,称为干涉条纹的空间交替。当干扰波的幅值加起来时,它被称为相长干涉;而当其幅值减去从彼此,它被称为破坏性干扰。

现在,如果光的波长 lamda,是照单狭缝,远从大和小之间的狭缝候补委员强度或几乎为零的值,对应于"聪明"和"黑暗"地区,也被称为"条纹"。这种模式的中心是缝隙的总是明亮,在 y 轴上。

此变更被称为通过小孔光的"衍射模式"。这是波的特征现象。具体而言,指出两条边的光圈"重新发出",或换言之"衍射"向不同方向的光波。

光波衍射的结果形成的衍射图样的不同部分之间的干扰。

在两个密缝模式形成,著名称为"杨氏双缝干涉图案",是从两个狭缝衍射光的干扰。以下协议演示如何设置单缝和双缝实验和解释其结果。

收集必要的资料和实验,包括与波长的氦-氖激光指针工具 ~ 633nm,几个薄刀片、 铝箔、 纸板、 一把尺子、 一把剪刀,一块木头,和激光安全护目镜。

用一把剪刀切成两个大约 2 英寸的 2 英寸方形块铝箔。此外,把纸板切成两个大约 3 英寸 × 3 英寸正方形块的约 1 英寸直径的中心孔。

接下来,拿出一张铝箔,并使用刀片,切直缝大约 1 厘米长在金属箔。与狭缝孔内定位磁带到一个纸板上的铝箔。

现在,磁带一边缘的木制块纸板和滑白墙约 30 公分处缝隙。确保纸板是垂直于台面,暴露出的孔和垂直缝,并且面临着在墙。

激光指针装入纸板,同时确保激光束将平行于桌子的另一边的地方。现在穿激光护目镜,打开激光指针,并照耀到狭缝的激光束。

把灯关了房间,并观察光模式在铝箔的另一边的墙上。请关闭激光指针并删除激光护目镜。

接下来,堆栈三个刀片,这样中间的叶片凹进。采取其他铝箔和利用堆栈的刮胡刀片和一把尺子上剪两个密集平行的直线缝,约 1 厘米长在金属箔。现在磁带到其他纸板上的铝箔,然后将其磁带上木制的块。

穿激光护目镜,打开激光指针,并照耀到双缝的激光束。把灯关了房间,并观察光模式在铝箔的另一边的墙上。最后,关闭激光指针。

完成议定书 》,让我们现在审查单缝和双缝实验的结果。在单缝实验,观察到墙上的光纹陈列特征衍射条纹。中央亮条纹是大约两倍宽,在 y 方向,作为其他明亮边缘周围相同的宽度都。

此外,从中央到沿 y 轴的外围边缘明亮条纹衰变的强度。这预计为单缝衍射图样,从激光平行光线弯曲在狭缝和建设性,重叠形成明亮的条纹和破坏性在这两者之间形成深色的条纹。

在双缝实验中,观察到墙上的光模式展品特性的干涉条纹。

这些干涉条纹是比明亮的区域的衍射图样的狭窄得多。这是因为间缝分离了 ' 是要远远大于狭缝宽度 'a',和它是控制的干涉条纹宽度的间缝分离的倒数。然而,它是 'a',控制衍射条纹的宽度的狭缝宽度的倒数。

光的干涉与衍射发挥了重要作用,建立光一种电磁波。因此,这些影响是重要的基于光学和光子学的很多技术。

激光衍射能谱,是一种技术,利用任何对象 — — 从纳米到毫米大小 — — 快速测量几何尺寸的粒子通过激光束的衍射图样。

传感器用于检测的激光灯钓鱼和电脑然后用来检测对象的粒子尺寸从产生的光能量和它的布局。

干涉法是一种技术,用于精确测量距离、 小位移、 折射率变化和表面不规则叠加和波的干扰。

在这里两个波的频率相同,但不同路径长度干扰,导致了干涉图样。然后可以使用此模式,使未知参数的精确测量。干涉这种技术用于 LIGO 或激光干涉引力波天文台,是巨大的探测器用来探测引力波。

你刚看了光的干涉与衍射朱庇特的简介。你现在应该能够理解背后的形成的衍射和干涉的光模式,用单缝和双缝实验证实的理论。谢谢观赏 !

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE