电磁场与微波实验三报告双缝干涉实验

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双缝干涉实验

点研究干涉的结果，能够经过控制波长和缝隙宽度来使衍射的

现象减弱。假设b为双缝的间距，a仍为缝宽，取a尽量接近波长λ。在这样的条件下当取

较大的b时，干涉强度受单缝衍射的影响较小，反之，当b较小时，干涉强度受单缝衍射

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线一致。固定臂的指针指在小平台的180刻度处。调整信号电平使数据采集仪接近满刻度。（注意：双缝板的两面材料不同）开始实验前，检查实验装置状态，注意仪器保护。（特别三厘米固态信号源）察看三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于三厘米固态信号源的设置。

由于双缝板横向尺寸有限，b选取较大时，接收端转角过大，易使微波直接被接收端接收，使数据产生偏差。

在主菜单页面点击“双缝干涉实验”，弹出“建议提示框”，这是软件建议选择的“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK”进入“输入采集参数”界面。本实验默认选取通道1作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。在“输入采集参数”界面点击“试采集”按钮，可预览采集过程。

试采集后，若开始“正式采集”，务必要把实验装置恢复到实验的初始状态，方可继续进行“正式采集”工作！本实验采集180个点，采集结束后，可对数据进行保存，点击“保存数据”按钮进行保存。默认存储路径为本软件安装的根目录，保存格式是以“.txt”为扩展名的文本文件。

3.实验结果
当λ=3.2cm时，f=9.375GHz，对应于微波源刻度值为4.308mm.

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当a=4cm,λ=3.2cm,b/a=1.7时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=9

度，第1级极大干涉角φ2=17度，右侧第0级极小干涉角φ3=9度，第1级极大干涉角φ4=19

度，曲线较为对称，干涉显著。

当a=4cm,λ=3.2cm,b/a=1.3时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=10

度，第1级极大干涉角φ2=18度，右侧第0级极小干涉角φ3=12度，第1级极大干涉角φ4=23

度，曲线较为对称，干涉显著。

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当a=6cm,λ=3.2cm,b/a=1.5时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=8

度，第1级极大干涉角φ2=14，右侧第0级极小干涉角φ3=7，第1级极大干涉角φ4=13度，

曲线对称性不佳，可能是转动臂的转动角度过大的原因或者是实验板大小受限，双缝板上缝

隙处侧边还留有小缝隙的缘故。

当a=6cm,λ=3.2cm,b/a=1.1时测定的干涉实验曲线如上，左侧第0级极小干涉角φ1=8

度，第1级极大干涉角φ2=15，右侧第0级极小干涉角φ3=8，第1级极大干涉角φ4=14度，

曲线对称性不佳，可能是转动臂的转动角度过大的原因或者是实验板大小受限，双缝板上缝

隙处侧边还留有小缝隙的缘故。

4.结果分析与讨论

电磁波/光波干涉现象的应用:

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光学仪器中，光学元件表面的反射，不但影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，一般在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其它因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其她因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：经过改变反射区的光强能够改变透射区的光强。

光从一种介质反射到另一种介质时，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把反射

入射光的振幅

设入射的光强度为1，则反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的强度为（1-ρ）。根据菲涅尔公式和折射定律可知：当入射角很小时，光从折射率n1的介质

在介质表面镀一层增透膜，设空气、薄膜、介质的折射率分别为n1、、n、n2,薄膜厚度为d，如下图所示：

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薄膜与介质之间的

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射率为，因此人们选择增透膜的折射率应等于1．23或接近它。由于折射率小

于氟化镁（折射率为1．38）的镀膜材料很难找到，因此，现在一般都用氟化镁镀制增透膜。

另外，要使光线①和②正好反相，对薄膜的厚度有一定的要求。当光从光疏介质射向光

密介质时，反射光有半波损失。对于玻璃上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气的折

射率之间，因此，当光从空气透过薄膜射向玻璃时，光线①在空气与薄膜的交界面反射时有

半波损失，光线②在薄膜与介质的交界面反射时也有半波损失。因此，当光从空气透过介

质薄膜垂直射入玻璃时，光线①和②要干涉相消，只要光线①和光线②的光程相差半个波长。

则让薄膜厚度（k为自然数，为光在薄膜中波长），这样光线②经薄膜传播一个

来回比光线①多行，因为光是波，具有周期性，因此不论k为哪个自

然数，光线②与光线①的光程只要相差半个波长，就能达到目的。在这里还要强调光从光疏

介质射向光密介质时，反射光有半波损失。而当时，这样光线①和②返回空气

中时都经历了一次半波损失，相互抵消，能够不考虑半波损失。下面总结光线①和②的干涉

其中k为自然数，为光在薄膜中的波长。

因此，当膜的厚度,则光线①和②重合时，出现干涉相消，从而减弱反射光的强

度，增加透射光的强度，起到增透的作用。当然，要满足光线①和②的重合，必须要求光线

垂直入射，因此，增透膜在光线垂直入射时效果最好，入射角很小时增透膜也有一定的增透

作用，但不如垂直入射时效果好。

讨论干涉图像随a、b取值不同的变化特点，进行误差分析，说明操作步骤中需

要注意的事项

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当b/a越大的时候，所有极大条纹的强度值差距较为显著，即衍射现象显著；当b/a

变小时，除0级条纹外其它极大条纹强度增加，与0级极大条纹处强度差距减小，表明干

涉现象显著性增强。

当a取值比较小时，干涉图案左右较为对称，此时受环境及干涉板横向尺寸影响较小，

而当a取值变大后，干涉图案变得没那么规则，可能是转动臂的转动角度过大的原因或者是

实验板大小受限，双缝板上缝隙处侧边还留有小缝隙的缘故。

 信号源与数据采集仪“等幅/方波”对应

 采集过程开始后，软件无采集信号时，关闭软件重新启动

 调整微波源谐振腔的千分尺，适度选取天线发射端的微波波长

 测试前使数据采集仪上读取的接收喇叭天线在无遮挡情况下的信号强度接近满量程

 周围环境、实验板大小有限、转动角度，都会影响到实验的精度

什么时候衍射和干涉共存（相当）？你认为干涉信号主要包含了什么信息？

干涉减弱的角度

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当b=0时，衍射加强和减弱的角度与干涉加强与减弱的角度恰好相等，此时两缝之间的距离变为0，表明衍射是干涉的特殊情况。

干涉信号表明了两波源是相干的，有相同的频率和固定的相位差，且它们的振动方向也是一致的。

从干涉信号中能够借助能够测量的a和b计算出波长λ来。