探讨波的衍射在生活中的应用（波的衍射专题实验科技论文）

探讨波的衍射在生活中的应用

专业班级：信息安全（保密技术）1102班 姓 名：吴怡 学 号：11285021

探讨波的衍射在生活中的应用

专业班级：信息安全（保密技术）1102班 姓名：吴怡 学号：11285021

摘要：

波在传播过程中，遇到障碍物以后会或多或少地偏离传播方向的现象即为光波衍射。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。波的衍射专题共包括五个实验，光波的夫琅禾费衍射，透射光栅衍射，微波布拉格衍射，X射线晶体衍射和电子衍射。本次实验设计主要针对前三个实验进行研究，三个实验各有不同的侧重方向，但相互密切联系。其中夫朗禾费衍射主要是对衍射进行观察并学会利用光敏器件测量光强分布，透射光栅衍射则是通过衍射现象去了解光栅的特性，而微波布拉格衍射实验是通过实验学习微波布拉格衍射理论以及学会一种测量波长的方法。本文通过对三个实验现象的论述，对实验原理的总结，探讨波的衍射在生活中的具体应用。 关键词：

衍射；夫琅禾费衍射；光栅；微波布拉格衍射；衍射的应用 背景：

波的衍射是直播在其传播路径上如果遇到障碍物它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影内传播的现象，作为电磁波，光也能产生衍射现象。衍射现象分为两类，一类是光源和观察屏（或二者之一）离开衍射孔或缝的距离有限，这种衍射称为菲涅耳衍射（进场衍射）；另一类是光源和观察屏都在离衍射孔或缝无限远处，这种衍射称为夫琅禾

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费衍射（远场衍射）。夫琅禾费衍射其实是菲涅耳衍射的一种极限情形。惠更斯原理：介质中的任一波阵面上的各点，都可以看作是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。用惠更斯原理很容易解释波的衍射现象。所谓波的衍射是指波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向发生改变，能绕过障碍物的边缘继续前进的现象。当波遇到狭缝或小孔时，这些开口处的各点都可以看作是发射子波的波源，做出这些子波的包迹面，就得出新的波阵面，这样就形成了衍射现象。

论述 :

一、光波的夫琅禾费衍射: 实验方法：

（1）调整光路，打开激光器取狭缝与光敏探测器之间距离为 90cm左右，透镜和狭缝的光敏探测器的距离为80cm，并调节仪器使它们同轴等高。

（2）观察记录单缝衍射现象。

（3）测量单缝衍射的光强分布及缝宽，转动调节光电池位置的旋柄，是光敏探测器狭缝对准衍射图纹，仔细确定光强度为极大值时狭缝的位置，并记录。然后向一侧稍微移动一点狭缝，这样使峰值包含在内，然后测量出光强直到第二级暗纹处为止。 （4）取下单缝，用读数显微镜测量缝宽。

实验现象：光强成对称分布；中间明条纹的宽度最宽，约为其他明条

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纹宽度的两倍;缝越窄，衍射越显著，缝越宽，衍射越不明显。 实验现象：光强成对称分布；中间明条纹的宽度最宽，约为其他明条纹宽度的两倍;缝越窄，衍射越显著，缝越宽，衍射越不明显。所有衍射光线从缝面AB到会聚点 O 的光程差均为０，因而在Ｏ点处光振动始终相互加强。O点呈现明纹，因处于屏中央，称为中央明纹。 实验结论：光强分布曲线如图所示

二、透射光栅衍射： 实验方法：

（1）调节分光计，然后在载物台上放置光栅，调节光栅位置是光栅刻痕与分光计转轴平行。

（2）转动望远镜，观察光栅衍射特性。

（3）测量光栅中央亮条纹的角度及中央亮条纹两侧正负1级各条谱线相对中央亮条纹的偏角。

实验现象：可以从望远镜中观察到光栅衍射条纹，中间为一条明亮条纹，在他左右两侧各有紫、绿和两条黄色光条纹。

实验结果：根据所测得的数据计算出各种光的波长，并且可用两条黄光计算出光栅的叫色散率。 三、微波布拉格衍射： 实验方法：

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一、测量微波波长

（1）调节微波分光计，使两个喇叭同轴等高，且通过分光计中心，接通电源。

（2）调节晶体管检波器与微波传播导管的匹配。 （3）测量微波波长。 二、验证布拉格公式

（1）对于100晶面族的衍射，晶面间距d=4cm，在衍射角20°到60°之间每隔1°读一次微安表读数I（衍射强度），读数过程中，两个喇叭对被测晶体面有良好的对称性，既符合入射角等于反射角。 实验结果：微波波长λ=31.389mm，110镜面族间距测得为36.875mm，与40mm基本相等。 扩展：

由以上三个实验可以得知，光的衍射在测量微小距离和角度时是很有用处的。除此之外，在现代科技中，光的衍射原理还应用于很多方面，例如医疗军事等重大领域。经过我对资料的查阅，现简单介绍一下光的衍射的一个重要应用——全息照相。

全息照相是20世纪四十年代末出现的一种新型摄影技术，由于激光技术的发展，全息照相发展非常迅速.全息照相和普通照相不同，普通照相是应用透镜成像原理，通过透镜把物体的实像成在感光底片上，它只记录了物体表面发光或反光的强度；全息照相是应用光的干涉原理，在照相底片上不仅记录了光的强度，而且还记录了光的位相，

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即记录了全部的信息，故曰全息照相.但对于拍摄的底片，不能直接观察被摄物体的形象，而只能看到一些明暗条纹，还必须根据光的衍射原理才可使被摄物体再现，这时科观察到物体的立体图像，有如愿物体又重现在眼前。

Y

在现光

B

（+1级）

（-1级） 实像点 （+1级）

A(-1级)

虚像点

物光和参照光在感光底片上的叠加

全息照相再现示意图

全息照片记录（拍摄）过程的示意图如左图所示。有激光器发射出的激光（单色光）由分束镜分成两束，一束经全反射镜M1改变光路，由扩束镜L1扩大照射到被摄物体上，在经物体反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光；另一束经全反射镜M2改变光路，由扩束镜L2扩大后直接照射到感光底片上，这部分光叫做参考光。物光和参考光发生干涉，结果在照相底片上记录下将发生漫反射，因此，物体上每一点都可以把光反射到整个感光底片上，也就是感光底片上每一点都接到整个物体的光。因为物体上反射出来的物光的光强和位相不同，所以物体反射光中的全部信息都以干涉条纹的形式记录在感光底片上，经过显影和定影后，就制成了全息照片。为再现被拍摄物体，用激光照射全息片，如果照射的激光和底片的相对位置和拍摄时的参考光一

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样，从底片的一侧观察到物体的虚像，它和原来的实物一模一样.激光通过底片，同时还成一个实像，用一个光屏可在全息片的另一侧观察。其示意图如右图所示。

由于全息照相再现的像立体感很强，因此在科技领域应用很广。可利用全息照相研究振动、物体的微小位移或材料的微小形变、变速运动现象.全息显微镜可拍摄活的生物体，记录它们的三维图像，以用来研究活的生物体。红外、微波全息技术在军事侦察和监视上具有重要意义。超声全息技术可进行水下侦查和监视，并可用于医疗透视诊断，工业无损探伤。全息照相信息容量很高，用全息方法作为计算机的信息存储系统可达到很高的密度。总之，全息照相技术是一门新兴科学，在理论及应用中，定将不断得以发展。

撰写时间：2012年10月15日

参考文献：

（1）《大学物理实验》——成正维，北京交通大学物理实验中心 （2）《大学物理学（下）》——吴柳， 北京交通大学出版社 （3）豆丁网——全息照相原理

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3xjw.html