四、光的衍射

我们知道，波能够绕过障碍物产生衍射，衍射也是波特有的现象。并且知道，只有障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多时，才能明显地观察到波的衍射现象。

光既然是一种波动，那么，光在传播中是否也能产生衍射现象呢？从前面讲的光的干涉实验知道，光波的波长是很短的，只有十分之几微米， 通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象。但是，当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，就会出现衍射现象。

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取一个不透光的屏，在屏上装一个宽度可以调节的缝，在缝后适当距离处放一个光屏(图 8－7)。用平行单色光照射带有缝的屏，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线方向通过缝，在光屏上产生一条跟缝的宽度相当的亮线。但是，当缝调到很窄时，光通过缝后就明显地偏离了直线传播方向，照到了屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的条纹。这就是光通过单缝时的衍射现象。图 8－8 是在一次实验中拍下来的光的单缝衍射的照片。

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用点光源来照射有较大的圆孔 AB 的屏(图 8－9 甲)，在后一个屏 MN 上就得到一个光亮的圆(图 8－9 乙)，圆的大小跟按光沿直线传播计算出来的结果是一致的。缩小圆孔，亮圆也随着缩小。但是，圆孔缩小到一定程度时，在屏 MN 上就得到一些亮暗相间的圆环，这些圆环达到的范围远远超过了光按直线传播所应照明的面积(图 8－9 丙)。这就是光通过圆孔时的衍射现象。

不只是缝和圆孔，各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现亮暗相间的条纹。插页图 8－10 是刮胡须刀片的阴影，可以看到在阴影的边缘处出现亮暗相间的条纹。封 2 图 1 是圆孔衍射

的照片，图 2 是在光束中放一个不透明圆盘时发生衍射的照片。特别有趣的是图 2，在不透明圆盘的阴影中心，竟然出现一个亮斑。这就是著名的泊松亮斑。关于泊松亮斑，历史上曾有过一段趣事。19 世纪初，法国物理学家菲涅耳按照波动理论对光的衍射现象作出了数学分析，当时著名数学家泊松根据菲的衍射现象作出了数学分析，当时著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出在圆盘阴影的中心应该出现一个亮斑。在影子中央出现亮斑，似乎是十分荒谬的，于是泊松宣称他驳倒了光的波动说。后来，菲涅尔用实验证明了圆盘阴影的中心确实有一个亮斑，泊松的计算反而帮助了波动说，确切无疑地证明了波动理论的正确。

衍射现象的研究表明，我们在高中一年级学过的光沿直线传播只是一种特殊情况。光在没有障碍物的均匀介质中是直线传播的。在光的波长比障碍物小得多的情况下，衍射现象不明显，光可以看做是直线传播的。在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小的时候，衍射现象就十分明显了。