三、光的衍射实验的典型分析

菲涅耳衍射实验分析

①圆孔衍射，将一束光（如激光）投射在一个小圆孔上（圆孔可用照相机物镜中的光阑）在距离孔 1—2 米处放置一块毛玻璃屏，则在屏上可以观察到小圆孔的衍射花样．其实验如图所示．②圆屏衍射．当一点光源发出的光通过圆屏边缘时在屏上也将发生衍射现象．

运用惠更斯——菲涅耳原理可分析出，不论圆屏的大小与位置怎样，圆屏几何影子的中心永远有光．如果圆屏足够小，只遮住中心带的一部分，则光看起来可完全绕过它，除了圆屏影子中心有亮点外没有其它影子．这个初看起来似乎是荒唐的结论，是泊松于 1818 年在巴黎科学院研究菲涅耳的论文时，把它当作菲涅耳论点谬误的证据提出来的．但阿拉果做了相应的实验，证实了菲涅耳的理论的正确性．

③菲涅耳波带片．

根据菲涅耳半波带的分析，可制作一种在任何情况下，合成振动的振幅均为各半波带在考察点所产生的振动振幅之和，这样做成的光学元件叫

做菲涅耳波带片（简称波带片）．波带片的制法可先在绘图纸上画出半径正比于序数 K 的平方根的一组同心圆，把相间的波带涂黑，然后用照像机拍摄在底片上，该底片即为波带片．另外还可通过光刻腐蚀工艺，获得高质量的波带片．波带片还可分为同心环带波带片、长条形波带片、方形波带片等．波带片可代替普通透镜，并具有许多优点．菲涅耳波带片给惠更斯——菲涅耳原理提供了令人信服的证据．

夫琅和费衍射

①单缝衍射．夫琅和费在 1821 年～1822 年间研究了观察点和光源距障碍物都是无限远（平行光束）时的衍射现象．在这种情况下计算衍射花样中光强的分布时，数学运算就比较简单．所谓光源在无限远，实际上就是把光源置于第一个透镜的焦平面上，使之成为平行光束；所谓观察点在无限远，实际上是在第二个透镜的焦平面上观察衍射花样．在使用光学仪器的多数情况下，光束总是要通过透镜的，因而这种衍射现象经常会遇到，而且由于透镜的会聚，衍射花样的光强将比菲涅耳衍射花样的光强大大增加．

单缝衍射的实验装置如图 49 所示：使来自光源 S 的光（例如激光）经望远镜系统构成的扩散 L1 直接投射到一狭缝 BB'上．在狭缝后面放置一透镜 L2，那么在透镜 L2 的焦平面上放置屏幕 DD'上将产生明暗交替的衍射花样．

在平常的环境下，用一单丝灯 S，观察者手执刻有单缝的一块挡板（例如用两块刀片拼成的单缝）在适当距离处面对光源，使缝与灯丝平行，通过狭缝即可观察到衍射花样．因为光源发出的是白光，故衍射条纹呈现彩色，此时眼睛水晶体的作用相当于上述实验装置中的透镜 L2，视网膜相当于屏幕．

夫琅和费单缝衍射的光强分布的计算与衍射花样的特点可由惠更斯

——菲涅耳原理计算与分析得出．

②圆孔衍射．如果在观察单缝衍射的装置中，用一小圆孔代替狭缝，设仍以激光为光源那么在透镜 L2 的焦平面上可得圆孔衍射花样．其光强分布及衍射花样特点可同样由惠更斯——菲涅耳原理计算得出．