激光原理與技術(shù)--第六章激光在精密測量中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-02-16 08:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （ 1） 單縫衍射測量 （ 2） 圓孔衍射測量 ● 光的衍射現(xiàn)象 觀察光衍射的裝置，通常由三個部分組成：光源、衍射物（縫或孔等障礙物）、觀察屏。按三者相對位置的不同，可以把衍射分為以下兩大類。 （ 1）菲涅爾衍射 菲涅爾衍射，或稱菲涅爾衍射、近場衍射。是指在光源和障礙物間距離為有限遠的情況下發(fā)生的衍射。菲涅爾衍射可由小孔、狹縫等產(chǎn)生。利用菲涅爾半波帶法可以分析由衍射所產(chǎn)生的圖案。 夫朗和費衍射實驗光路圖 （ 2）夫瑯禾費衍射 單縫夫朗和費衍射的實驗光路如下圖所示。 光源 S發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡 L’變成平行光，垂 射到單縫上，單縫的衍射光由凸透鏡 L會聚 在屏 H上，屏上將出現(xiàn)與縫平行的衍射條紋。 根據(jù)惠更斯 — 菲涅耳原理，入射光的波陣面 到達單縫，單縫中的波陣面上各點成為新的 子波源，發(fā)射初相相同的子波。這些子波沿不同的方向傳播并由透鏡會聚于屏上。如圖中沿方向傳播的子波將會聚在屏上 P點。角叫做衍射角，它也是考察點 P對于透鏡中心的角位置。沿角傳播的各個子波到 P點的光程并不相同，它們之間有光程差，這些光程差將最終決定 P點疊加后的光強。 ● 單縫衍射測量 單縫衍射測量原理 激光單縫衍射測量的基本原理是 單縫的夫瑯禾費衍射 。 右圖的解說： P點條紋的明暗完全決定于光程差的 量值．菲涅耳在惠更斯菲涅耳原理的 基礎(chǔ)上，提出了將波陣面分割成許多等面積的 波帶的方法：使兩相鄰平面之間的距離等于入射光的半波長．任何兩個對應(yīng)點所發(fā)出的子波的光程差總是 λ /2，經(jīng)過不產(chǎn)生附加相位差的透鏡焦聚，到達 P點時相位差仍然是 π 。結(jié)果任何兩個相鄰波帶所發(fā)出的子波在 P點引起的光振動將完全相互抵消。 當 AB sinθ 為半波長的偶數(shù)倍時 出現(xiàn)暗紋。 當 AB sinθ 為 半波長的奇數(shù)倍時 出現(xiàn)明紋。 夫瑯禾費衍射示意圖 我們把 k =士 1的兩個暗點之 間的角距離作為中央明紋的 角寬度．中央明紋的半角寬度 Δθ0≈λ∕a ◆ 暗紋中心位置公式 : ◆ 明紋中心位置公式 : 明紋 暗紋 ◆ 光強分布公式 : 單縫衍射測量儀器示意圖 單縫衍射條紋的光強分布 單縫衍射條紋的特征 ◆ 亮度分布 中央明紋最亮。各級明紋的亮度隨著級數(shù)的增大而減弱。這是因為衍射角越大，分成的波帶數(shù)就越大，每個波帶提供光能的面積就越小，再加上產(chǎn)生明紋的那個未被抵消的波帶上，各子波到達 P點時的相位也不相同，其合成振幅會大大低于中央明紋。由于明條紋的亮度隨級數(shù) k增大而降低，使得條紋的邊界也越來越模糊，以致實際上只能看清中央明紋附近的幾級明條紋 。 ◆ 條紋寬度 通常把相鄰暗紋中心間的距離定義為明紋寬度。則由衍射暗紋位置 公式可知，各次級明條紋的線寬度為 式中 f為凸透鏡的焦距 而中央明紋線寬度為 ● 圓孔衍射測量 圓孔的夫朗和費衍射 如果在觀察單縫夫朗和費衍射的實驗裝置中，用小圓孔代替狹縫，當單色平行光垂直照射到圓孔時，在位于透鏡焦平面所在的屏幕上，將出現(xiàn)環(huán)
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