國立中央大學物理演示實驗 NCU Physics Demonstration Lab

光碟軌道

光碟片其實也是光柵的一種

目的

認識生活中的光柵(grating)及其性質。

實驗

將雷射光入射於光碟片,觀察後面屏幕上的反射光,和一般的反射光有何異同。

實驗演示

×實驗演示

原理思考

屏幕上為什麼會出現亮暗點?

原理探究

×原理探究

右圖一代表以平行光入射於反射式光柵(reflection grating),狹縫與狹縫之間的距離為 a= \frac{W}{N} (W:光柵片寬度、N:狹縫數),光反射在屏幕上任意之觀察點 P產生干涉(interference)。

光柵為狹縫數N很大的多狹縫,狹縫之間的距離很小,每個縫所反射的光會重疊而互相干涉,主要的干涉亮紋會變得非常狹窄而明亮,其它的干涉亮紋會相對較暗而看不見,因此,出現寬度極窄的干涉亮紋。

若要在 P點形成一亮點,必需在該點形成建設性干涉,從圖二可知,從相鄰兩狹縫反射光源的光程差是波長\lambda的整數倍

\overline{AB} - \overline{CD} = m \lambda, m=0,1,2,3\ldots (1)

其中,\overline{AB} - \overline{CD} = a( \sin\theta_m - \sin\theta_i ),

\ a( \sin\theta_m - \sin\theta_i ) = m \lambda,  m=0,1,2,3\ldots (2)

當方程式 (2)成立時,可得主要亮紋的位置,這就是在屏幕上所見的亮暗點。

討論

  1. 若入射光源改為白色強光,此時屏幕上所呈現的光為何?
  2. 本實驗的光碟片置換成有刻度的鐵尺,其結果如何?

關於實驗

  1. 本實驗光碟片屬於一種反射式光柵。
  2. 可同本網站中的實驗O03.白光分光實驗O06.雷射光柵干涉實驗O08.掌中光譜議做比較。

參考資料

  1. E. Hecht, "Optics", 4th ed., Addison Wesley, 2002, U.S.A., Ch10.

製作

v.1 曾前助理

指導老師

謝奇文

撰稿

黃時霖