光的衍射

光的衍射

光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔（窄縫）時(shí)，會(huì)偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面繼續(xù)傳播，這種物理現(xiàn)象，稱為光的衍射。衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)，稱為衍射圖樣。

產(chǎn)生光的衍射是需要滿足一定的條件，即障礙物或小孔的尺寸需要與光的波長相當(dāng)，甚至小于光的波長。由于光的波長很短，通常只有十分之幾微米，因此只有當(dāng)光射向一個(gè)針孔、一條狹縫、一根細(xì)絲等尺寸較小的障礙物時(shí)，才能清楚地看到光的衍射現(xiàn)象。

其產(chǎn)生的機(jī)理是相干光波疊加的結(jié)果。當(dāng)光源發(fā)出的光照射到小孔或障礙物上時(shí)，小孔處或障礙物的邊緣可以看成許多點(diǎn)光源（根據(jù)惠更斯原理）。這些點(diǎn)光源是相干光源，發(fā)出的光相互干涉，在光屏上形成明暗相間的條紋。可產(chǎn)生以下衍射類型的圖樣：

1.       單縫衍射：產(chǎn)生明暗相間的不等距條紋。

2.       圓孔衍射：產(chǎn)生明暗相間的不等距圓環(huán)。

3.       圓盤衍射：產(chǎn)生明暗相間的不等距圓環(huán)，中心有一亮斑，稱為“泊松亮斑”。

根據(jù)衍射系統(tǒng)中光源、衍射屏和接收屏的相對(duì)距離，可以將衍射現(xiàn)象分為兩類：

1.       菲涅耳衍射：當(dāng)光源到衍射屏的距離或接收屏到衍射屏的距離不是無限大時(shí)，或兩者都不是無限大時(shí)所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。此時(shí)，入射光或衍射光不是平行光。

2.       夫瑯禾費(fèi)衍射：當(dāng)光源到衍射屏的距離和接收屏到衍射屏的距離都是無限大時(shí)，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。此時(shí)，入射光和衍射到接收屏上任意一點(diǎn)的光都是平行光。夫瑯禾費(fèi)衍射的條件在實(shí)驗(yàn)室里可借助于透鏡實(shí)現(xiàn)。

光的衍射有以下應(yīng)用分析技術(shù)：

光譜分析：如衍射光柵光譜儀。

結(jié)構(gòu)分析：衍射圖樣對(duì)精細(xì)結(jié)構(gòu)有一種相當(dāng)敏感的“放大”作用，故而利用圖樣分析結(jié)構(gòu)，如X射線結(jié)構(gòu)學(xué)。

衍射成像：在相關(guān)光成像系統(tǒng)中，引進(jìn)兩次衍射成像概念，由此發(fā)展成為空間濾波技術(shù)和光學(xué)信息處理。

全息術(shù)：衍射再現(xiàn)波陣面是全息術(shù)原理中的重要一步。

晶體結(jié)構(gòu)測定：X光的衍射可用于測定晶體的結(jié)構(gòu)，這是確定晶體結(jié)構(gòu)的重要方法。

光的衍射在我們日常生活中的也無處不在，如：

1.       陽光透過樹葉縫隙的光斑：陽光穿過樹葉縫隙時(shí)，會(huì)在地面上形成明暗相間的光斑。

2.       彩虹：彩虹的產(chǎn)生與光的折射和反射有關(guān)，但雨滴邊緣的衍射作用也參與其中。

3.       手指擋住陽光時(shí)的彩色邊緣：用手指擋住陽光時(shí)，會(huì)在手指邊緣看到彩色邊緣。

4.       光盤上的彩色條紋：光盤表面的微小凹凸結(jié)構(gòu)會(huì)使光線發(fā)生衍射，形成彩色條紋。

5.       光柵的衍射：光線照射到具有周期性結(jié)構(gòu)的光柵上時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，形成明暗相間的條紋。