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崑山科技大學 光電工程系暨研究所 實驗名稱：圓孔繞射 1.目的： 觀察圓孔繞射現象。
崑山科技大學 光電工程系暨研究所 實驗名稱：圓孔繞射 1.目的： 觀察圓孔繞射現象。 2.原理： 雷射光通常具有高度的單色性(窄頻帶)及方向性(小發散角)，是干涉實驗的理想光源。常用雷射，如氦氖雷射，光束直徑為mm 的數量級。 如圖5-1，波長為λ 的雷射光通過直徑為d 的針孔後，形成如圖5-2 所示的繞射圖案，包含中心的圓形亮斑(稱為Airy disk)及外圍明暗相間但越外圍亮度越低的許多同心圓。Airy disk 對針孔所張的角度為2θ ， 此即為光學實驗四的問題4 中所提到的最小分辨角。 3.儀器： 光學麵包板、光學滑軌、光學遮板、光學滑塊、光屏、He-Ne 雷射光源組、支撐架數個、偏振片、針孔數個。 4.步驟： (1) 開雷射，確認雷射光路，在雷射光路上放置75m的針孔。旋轉偏振片降低雷射光的強度， 接著調整針孔位置，使雷射光進入針孔(P)的中心，於針孔後放置屏幕觀察針孔後的雷射光紅點。 接著旋轉偏振片使雷射光強度調整至繞射圖案清晰。 (2) 微調雷射光束進入針孔的角度，以及光屏的角度，使繞射圖案為同心圓，如圖5-2所示。 (3) 調整針孔到光屏之間的距離L 為30~70 cm，每隔10cm 測量一次Airy disk 的半徑(中心至 第一暗環中央的距離，請參考圖5-2)，連續量測至少三次並求其平均值。紀錄於表一。 (4) 利用公式1 求雷射光的波長。檢驗多次量測所求得的波長是否相近？如果是，求其平均值並 做為雷射波長的參考依據。 (5) 置換直徑為100m、150m、200m的針孔，重複步驟(1) ~(4)。將結果分別記錄於表二~表 四 (6) 置換編號0039 的針孔重複步驟(1) ~(3)，利用所求得的波長作為已知條件，求針孔的大小 並記錄於表五。 5.意識圖： 6.問題： (1) 本實驗的誤差可能的來源為何？ (2) 本實驗He-Ne雷射光的波長為632.8 nm，利用此數據驗證針孔的直徑是否的確為上方所標 示之大小。 (3) 圓孔直徑大小與繞射圖案中心的圓形亮斑直徑成何種關係式？ 7.參考資料與延申閱讀 ： (1) Serway’s principles of physics, 4th edition, ISBN , Chapter (2) Physics: Calculus, by Eugene Hecht, 2nd edition, ISBN , Chapter 25.9 & p (3) College Physics, by Paul Peter Urone, 2nd edition, ISBN , Chapter 圖5-1 圖5-2
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