4. 夫琅禾费衍射原理

　　夫琅禾费衍射使光源距离衍射屏为无限远即用平面波照射衍射屏，

　　并在无限远接收的装置。实际上要把光源及接收屏放在离衍射屏无限远处是办不到的。此外，根据菲涅尔近似条件和夫琅禾费近似条件，只要依据近似条件，观察屏相对而言足够远，便是夫琅禾费衍射。

　　(1)夫琅禾费单缝衍射

　　夫琅禾费单缝衍射花样的特点是：衍射斑条纹方向与狭缝方向相平行，各级衍射斑沿狭缝垂直的方向分布开。在中央具有特别明亮的亮条纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹，绝大部分光能都落在中央条纹上。相邻的亮条纹之间有一条暗条纹，以相邻暗条纹之间的间隔作为亮条纹的宽度，则两侧亮条纹是等宽的。而中央亮条纹的宽度是其他亮条纹的两倍。中央亮条纹的宽度与波长成正比，与狭缝宽度成反比，当缝宽变大时，衍射分布范围变小。

　　在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝(0.1～0.3毫米宽)，在狭缝后大于1.5米的地方放上观察屏，就可以看到衍射条纹，这就是夫琅禾费衍射条纹。

　　根据理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布规律为：

　　II0sin22,Bx,Bd D

　　式中，d是狭缝宽，是波长，D是单缝位置到光源位置的距离，x是从条纹的中心位置到测量点之间的距离。

　　(2)夫琅禾费圆孔衍射

　　平行激光束垂直地入射于圆孔光阑上，衍射光束被透镜汇聚在它的角平面上，若在此焦平面上放置一接收屏，将呈现出衍射条纹。圆孔屏的夫琅禾费衍射花样的中心为一亮的圆斑，成为艾里斑，它集中了84%以上的光能量，其周围环绕着一些明暗相间的同心圆环，其亮度与艾里斑相比要相对低很多。

　　艾里斑中心是几何光学像点，衍射光束角分布的弥散程度可用艾里斑的大小，即第一暗环的角半径来衡量, =1.22/D,其中D是圆孔直径，在衍射花样中，亮斑与圆环的边缘都很不清晰，是缓慢变化的。光强的分布与单缝衍射花样很相像。可以看成是单缝衍射花样绕入射光的轴线旋转一周而成。但衍射花样的线度却与具有和圆孔径直径相等宽度的单缝衍射花样的线度大不相同。

　　衍射光强分布函数：

　　2J1xII0x2

四、 实验内容与步骤

　　1. 调节迈克尔逊干涉仪

　　(1)调节激光束使平行于台面，通过针孔滤波器，双凸透镜使之出射光为平行光，调节反射镜及分束镜仰角，使镜面垂直于光束。

　　(2)观察非定域干涉条纹，按照光路图搭建好光路，首先M1M2与BS基本等距，调节M1M2角度，在屏幕上看到条纹，同时微调M1 (或M2)，观察条纹变化，加大距离后，调到圆条纹，观察条纹粗细及紧密的变化。

　　(3)观察条纹反衬度随光程差的变化。移动M1 (或M2)以改变一束光的光程，观察条纹反衬度的变化，估算相干长度。

　　2. 调节萨格奈特干涉仪

　　在迈克尔逊干涉仪的光路中，直接加入一个全反射镜，调节三个反射镜的角度，使两束光最后在CCD面板上重合。

　　基本步骤四步：

　　(1)调光束高度及水平;

　　(2)调平行光;

　　(3)搭光路，量光程;

　　(4)调两光斑的重合。

　　内容：

　　(1)记录实验的数据和显示图。

　　(2)拍实验台，或在台旁的地上跳动，观察干涉条纹的变化及恢复情况。观察实验台的稳定性。

　　(3)移动任意一块反射镜，以改变光束方向，一直到干涉条纹消失，观察其灵敏度。

　　3. 调节马赫-曾德干涉仪

　　在萨格奈特干涉仪的光路中，将加入的全反射镜替换为一个分光束棱镜，调节两个反射镜的角度，使岀射的两束光最后在CCD面板上重合。

　　内容：

　　记录实验的数据和显示图。

　　4. 调节夫琅禾费衍射装置

　　(1)夫琅禾费圆孔衍射装置调节

　　按如下图的光路搭建光路。

　　实验中调节圆孔的孔径大小，观察衍射条纹的变化。

　　(2)夫琅禾费单缝衍射装置调节

　　夫琅禾费单缝衍射装置的调节是将上述圆孔衍射装置的扩束器去掉，同时将圆孔替换为单缝，即完成夫琅禾费单缝衍射装置的调节。

　　实验中，改变缝宽，观察条纹的变化，并记录相关的数据和条纹现象。