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

雷射光柵干涉

單色光光柵干涉

目的

觀察不同雷射光源通過光柵(grating)的結果。

實驗

實驗裝置:紅色雷射光源、綠色雷射光源、光柵(530條/mm)。

將紅色雷射光源及綠色雷射光源同時垂直入射於光柵(grating),觀察後方屏幕所呈的像

實驗演示

×實驗演示

原理思考

  1. 為何有干涉現象?
  2. 影片中兩種光源經光柵後,在屏幕上的光點,為何兩色光光點散開的角度不一樣?

原理探究

×原理探究

圖一代表以平行光垂直入射光柵,狹縫與狹縫之間的距離為 d= \frac{W}{N} (W:光柵片寬度、N:狹縫數),光通過在屏幕上任意之觀察點 P產生干涉(interference)。光柵為一狹縫數 N很大的多狹縫,狹縫之間的距離很小,每個縫所形成的繞射條紋會重疊而互相干涉,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,從相鄰兩狹縫出發光源的光程差是波長 \lambda的整數倍

\ m \lambda=d \sin\theta,  m=0,1,2,3\ldots (1)

當方程式 (1)成立時,可得主要亮紋的位置。

由於各色色光的波長  \lambda均不相同,因此,在相同 m的情況下, \theta 值會不同,故能看出各色光的差異。

討論

  1. 若雷射光不是垂直入射於光柵,則會有何種影嚮?
  2. 若將環境改在水中進行此實驗,干涉條紋會有變化嗎?
  3. 用雷射光與白光作實驗有何不同?

關於實驗

  1. 光柵即多狹縫,若不清楚狹縫干涉現象,可參考實驗O04. 雷射雙狹縫干涉
  2. 此實驗使用常見的穿透式(transmission)光柵
  3. 可同本網站中的實驗O03.白光分光實驗O07.光碟軌道實驗O08.掌中光譜議做比較。

參考資料

  1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch36.

指導老師

謝奇文

撰稿

黃時霖