光的直边衍射现象揭秘

光的直边衍射现象揭秘

（一）直边衍射现象。在光的衍射现象中有一种叫做直边衍射的现象，直边衍射是指光在传播方向上遇到不透明物体（或者不透明直边）后在屏幕上形成特定衍射图案的现象。实际上光遇到任何不透明物体（包括直边的、非直边的、多边形的或者任意形状的）都能够形成特定衍射图案，通常情况下直边物体的衍射图案比较简单，更加方便我们的研究，所以我们讨论的重点也是直边物体的衍射现象。

直边衍射条纹的特点。上图是光的几种衍射现象，其中光照射在刀片上产生的直边衍射现象是我们分析的重点。一般情况下，直边衍射条纹有如下特点：1.在几何阴影区内,光强迅速下降,但并不为零,仍有较弱的能量分布,距几何阴影一定距离（3～4mm）后光强才逐渐减弱到接近于零。

2.几何阴影分界线处光强既不是最大,也不是最小,光强约为无直边衍射屏时的1/4。

3.在几何阴影区外产生明暗相间的条纹,但明暗条纹仅限于离几何阴影分界线很近的范围内。也就是说在几何阴影区外光强重新分布,产

生振荡起伏,随着与几何影边缘距离的增大,条纹变密,振荡幅度逐渐减小,最后光强趋近某一定值。

4.几何阴影区外距几何阴影较远时,光强趋于均匀,保持不变,与无直边衍射屏时相似。

那么，直边衍射现象是怎样形成的呢？光的微粒模型认为光的偏转是由引力作用引起的，所以距离几何阴影分界线处较近的光子经过直边后会在引力作用下偏转到阴影区内，当然了，由于阴影区外的一部分光子偏转到阴影区内，所以阴影区外光的强度会减弱，并且离阴影区边缘一定远处才会恢复到正常水平。如下图所示，根据以上推理，我们就可以画出光子经过直边衍射后在几何阴影区内和几何阴影区外形成的光强曲线示意图（如图中黄线所示），离几何阴影足够远的地方光的强度与无直边衍射屏时相似，在靠近几何阴影区的地方光的强度将减弱（因为在此区域内的光子有一部分被引力作用偏转到几何阴影区内），而在几何阴影区内光的强度并不为零而是随着离几何阴影区分界线距离的增大而迅速减小。图中黄线就是我们根据光的微粒模型推导出来的光的强度曲线，然而令我们感到尴尬的是它和实际光强曲线并不相符，以致于很长时间内我们都没有丝毫进展甚至可以说是

一筹莫展，充分说明还有我们没有考虑到的因素。

为了了解直边衍射现象的成因，我们不妨回过头来看看单缝衍射图案的形成过程。在激光通过单缝后会形成不连续的亮条纹，其中中央亮条纹的宽度大约是其它亮条纹宽度的两倍，并且离中央亮条纹越远的地方光的强度就越弱。实际上中央亮条纹以下的第一条、第二条至第n条亮条纹的位置相当于处在直边衍射现象中几何阴影区内的区域，由此可见单缝形成的图案在几何阴影区内是不连续亮条纹，为什么直边衍射几何阴影区内形成的光强是连续变化的呢？直边衍射相当于拿走单缝的上缝，由此形成的直边衍射条纹为什么会发生很大的改变呢？

一般情况下，如果认为单缝衍射现象和直边衍射现象都是由引力作用引起的，那么直边衍射现象形成的图案就应该与单缝衍射现象形成的图案相似（直边衍射现象可以看作是特殊的单缝衍射现象，即把单缝一侧物质实体去掉就会形成直边衍射现象）。考虑到单缝衍射现

象会在中央亮条纹以下（几何阴影区内）形成不连续的亮条纹，我们推测直边衍射现象也应该在几何阴影区内形成几条不连续的亮条纹，如下图所示。

从图中可以看出，我们推测的光强曲线和实际曲线还是有一定的差别：一是在几何阴影区内我们推测会出现不连续的亮条纹，事实上并没有出现，在这个区域内光的强度会随着距离几何阴影分界线的增大而迅速减小（也就是说实际上形成的光的强度是连续变化的）；二是在几何阴影外我们认为从几何阴影分界线向外光的强度会随着距离的增大而增大，最后达到一个定值，即光的强度会平稳上升并最终达到最大值。但这里出现了一个让我们大吃一惊的情形：从几何阴影分界线向外一定距离处光的强度会随着距离的增大，在稍远处则表现出波动性，这是什么情况？难道光真的是波吗？出现这种情况，一方面反映了物理前沿探索的艰难，以致于艰难到我们几乎要放弃探索，另一方面对我们充分认识光的性质提供了契机，我们只有于危机中育新机、于变局中开新局，才能正确揭示光的本质。经过一段时间艰苦卓绝的不懈努力，近期我们终于有了实质性的突破，原先光的干涉衍射现象中的一些谜团也迎刃而解了。

我们认为光的本质是粒子，光子在引力作用下可以发生偏转，但是单个引力子对光子的偏转作用极不明显，光子只有同时吸收'最小吸收基数'个引力子后才会发生较明显的偏转。因为光的本质是粒子，所以光子经过不透明物体后并不会因为相互干涉而消失，打个比方，10000个光子经过不透明物体投射在屏幕上还是10000个光子，并不会少一个也不会多一个。如果没有引力作用，则光子经过不透明物体后在几何阴影区内光的强度为零（也就是说光子不可能到达这里），在几何阴影区以外不同区域光的强度应该是一致的。由于光子经过不透明物体时必然受到引力作用的影响，由此造成几何阴影区以外光的强度是变化的，因为光子的总数是不变的，所以光的强度变化必然是有的区域增加而有的区域减少。如果在几何阴影分界线向外一定距离处光的强度大于平均强度，必然有某处的光强度小于平均强度，我们认为大于平均光强的地方是光子在引力作用下偏转到此处堆积形成的，而某个区域光子吸收'最小吸收基数'个引力子后发生较明显偏转，则该区域内的光强必然就要小于平均光强。如上图所示，DE区域内的光子由于受到引力作用向着引力方面偏转到CD区域内，则DE区域内的光强必然减小而CD区域内的光强必然增大。由于距离几何阴影分界线越近引力就越强，所以越靠近几何阴影分界线光强的改变就越明显，而

远离几何阴影分界线光强的改变就越不明显，当然了距离几何阴影分界线一定远处时光强的改变就可以忽略不计了，此时光强等于平均光强。也就是说FG区域内的光强改变必然小于DE区域内的光强改变，CD区域内光的强度要大于EF区域内光的强度。这里还有一个推论应引起我们的重视，那就是CD区域内增加的光强约等于DE区域内减少的光强，换句话说，如果DE区域内的光子数量比平均值少了800个，则CD区域内的光子数量一定比平均增加了800个。

接着分析，上图中BC区域由于最靠近不透明物体的边缘，所以在这个区域内光子受到的引力是最大的（相对于其他区域而言），所以从BC区域内经过的光子将在引力作用下偏转到几何阴影区域内（即AB区域内），这就造成几何阴影区域内光的强度不为零的现象。由于BC区域内引力最强，所以光子受到的引力也最大，那么光子为什么没有形成不连续的亮条纹呢？这是因为当引力较大时，虽然吸收了10000个引力子的光子和吸收了20000个引力子的光子偏转角度不同，但是吸收了10000个引力子的光子同时可能受到多个引力子的碰撞作用，这个碰撞作用使光子发生偏转，由于该区域内引力强度较大，所以光子与引力子的碰撞非常频繁，从而导致光子的偏转角度是连续变化的。

从直边衍射的实验事实来看，引力对光子的作用主要有两条特点：一是当引力作用较微弱时，光子在引力作用下主要表现出不连续运动的特点，即光子可能吸收10000个引力子发生偏转，也可能吸收20000个引力子发生偏转，还可能吸收30000个引力子发生偏转，光子的偏转角度不同，可以认为引力作用对光子的作用是不连续的。二是当引力作用较强时，光子在引力作用下主要表现出连续运动的特点。打个比方，吸收了10000个引力子的光子发生1度偏转，吸收了20000个引力子的光子发生2度偏转，但是由于此区域内的引力强度较大（引力子密度较大），所以吸收了10000个引力子的光子在与大量引力子碰撞后也会发生连续偏转，从而形成连续的亮区。

有那什么青年指出，以上都是我们的推测，并没有实验证据，这个意见提得好。在单缝衍射现象中，我们提出的引力对光子作用的两条规律得到了圆满的验证。当单缝的宽度小于某一数值时（通常在毫米的数量级上），光子在引力作用下表现出不连续的特征：在屏幕上形成不连续的亮条纹，当单缝足够窄时，缝的引力足够强此时光子在屏幕上的偏转角度就是连续的了，从而在屏幕上形成一片亮区。

（二）干涉现象和衍射现象的区别。光的干涉现象和衍射现象是两种很重要的物理现象，也是波动理论、物质波理论建立发展的实验基础，某种程度上甚至可以说是当代量子力学的基础。光的干涉现象是指两列或多列光波在空间相遇时，光强在一些区域加强，在另一些区域削弱，从而形成稳定的光强有规律分布的现象（即通常所说的形成明暗相间的条纹）。光的衍射现象是光绕过障碍物偏离直线传播，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象（同样会形成明暗相间的条纹）。波动理论认为，光的干涉和衍射现象都会在屏幕上形成明暗相间的条纹，这些条纹的产生，本质上都是波的相干叠加的结果。但是

光的干涉强调了两个或多个光束的叠加，对于参加叠加的几列光波都是以直线传播的，这样的干涉可以认为是纯干涉的问题。光的衍射现象强调了光偏离直线传播的现象，光在传播过程中遇到障碍物时，一部分子波被遮蔽，其余部分的子波叠加的结果形成了衍射条纹。尽管二者都是相干波的叠加，但是前者是有限的几列光波的叠加，而后者是无数多个子波的叠加。因为波动理论认为波发生干涉最少需要两束或者两束以上光波的叠加，这个先天不足注定无法解释单个光子或者单个电子的双缝干涉现象。

（三）波动理论的若干硬伤。

波动理论认为：干涉现象是两列或多列相干光源在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，从而形成稳定的强弱分布的现象。只有两列光波的频率相同、相位差恒定、振动方向一致的相干光源才能产生干涉。由两个普通独立光源发出的光，因为不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，所以不能产生干涉现象。

菲涅尔双棱镜实验。菲涅尔双棱镜实验是将玻璃板表面加工成对称楔形，两侧和棱脊垂直，通常楔角小于1°。在激光或者单色光源照在双棱镜表面上时,会产生折射作用, 将波前划分为两个部分,沿着不同方向传播两束相干柱波。也就说光束折射之后会形成双列光波频率相同、传播方式也基本相同、相位差不会随着时间变化的两个光波，这

样的两列光波满足光的相干条件,在相交区域会发生干涉,在屏幕上形成明暗相间的条纹。

上图是菲涅尔双棱镜示意图，从窄缝S处发出的光经过双棱镜折射后相当于从S1和S2两个光源发出的光，这两个光源发出的光在屏幕上重合区域会产生明暗相间的条纹。在实验中，我们如果用黑纸遮住双棱镜的上半部分，屏幕上依然是明暗相间的条纹，只不过条纹的亮度有所减弱；如果用黑纸遮住双棱镜的下半部分，屏幕上依然是明暗相间的条纹，只不过条纹的亮度有所减弱。注意，重点在这里，根据双棱镜折射光路图，如果我们用黑纸遮住双棱镜的一半（上半部分或者下半部分），无论如何也不可能形成两个光源相互干涉的情况。实验表明用双棱镜的一半照样可以在屏幕上形成明暗相间的条纹，这就用实力打脸波动理论提出的明暗相间的条纹是两束光相互干涉产生的，因为实验充分证明用一束光也能够在屏幕上形成明暗相间的条纹。这也是波动理论的硬伤之一。

波动理论的另一个硬伤是无法解释单个光子干涉条纹的形成和电子双缝干涉之谜。我们调整光源发出光子的强度使光源在一定时间内只发出一个光子，这一个光子通过双缝后打在屏幕上会形成一个亮点，经过足够长时间后大量光子打在屏幕上将形成明暗相间的条纹。根据

波动理论，至少要有2个光子同时通过双缝才能够产生干涉现象，一个光子通过双缝时它是通过左缝还是通过右缝呢？如果光子通过左缝则右缝没有光子通过，而通过一条缝是不能够产生干涉现象的，所以屏幕上也不会形成明暗相间的条纹。但事实是单独一个光子通过双缝也能够产生干涉条纹。有人认为光子以波的形式同时通过了双缝的左缝和右缝，打在屏幕上后光子会迅速坍缩成为一个光点，我们暂且承认这是对的，问题随之而来，在光源发出光子后我们迅速把双缝换成3缝、4缝、5缝、6缝或者更多缝，光子依然能够在屏幕上形成明暗相间的条纹。问题是光子怎样就知道前面的缝是双缝还是3缝、4缝、5缝、6缝或者更多条缝，难道它能够未卜先知或者足够聪明，看见前面是双缝就分成两部分并以波的形式穿过去，看见前面是3缝就分成三部分并以波的形式穿过去，看见前面是4缝就分成四部分并以波的形式穿过去……，这个推论让我们不能接受。

实际上我们再换一种实验方法，等到光源发出的光子快到双缝时（此时光子以波的形式分成了两部分），我们立即把双缝换成3缝、4缝、5缝、6缝或者更多条缝，光子经过缝后依然能够在屏幕上形成明暗相间的条纹，说明光子看到前面的双缝变成了3缝、4缝、5缝、6缝或者更多条缝它立即会把自己以波的形式分成三部分、四部分、五部分、六部分或者更多部分，这么聪明的光子不由得让我们不寒而栗。

电子双缝干涉之谜。电子双缝干涉是指一次只让一个电子通过双缝，经过足够长时间后屏幕上依然会形成明暗相间条纹，而根据波动理论产生干涉必须要两个或两个以上的电子才行，这是其硬伤之一。另个硬伤是一里我们使用仪器观测电子到底通过了哪条缝，则屏幕上明暗相间的条纹就会消失并变成两条亮纹。波动理论认为明暗相间的条纹是电子干涉的标志，而两条亮纹是电子粒子性的标志。为了解释电子双缝干涉实验，波动理论支持者假设了无数种可能但都不能圆满解释。我们认为，电子的本质属性是粒子性，在双缝实验中电子只能通过双缝中的一条缝，在双缝引力作用下电子改变运动轨迹打在屏幕上形成了一个亮点。这个过程实际上就是电子在经过双缝时吸收了特定数量的引力子改变轨迹的过程，由于电子和引力子的结合并不是十

分紧密，所以一旦有外界扰动（仪器观测影响），电子就会迅速'裂变'放出引力子丢失双缝引力加在电子上的调制信息，并仍以原来的运动轨迹打在屏幕上形成两条亮纹。从目前来看，这种观点是对电子双缝干涉实验最简单最直接的解释，但很多人却不愿意相信。实际上延迟选择实验也对波动理论提出了质疑，成为波动理论无法绕过的瓶颈之一。不过很可惜，大多数人宁愿死死抱住'波动理论'不撒手并在此基础上补丁加补丁仍然无法从根本上解决问题。君子几不如舍，往吝。

几何阴影外

几何阴影内

光的衍射

光的衍射 十七世纪以后人们相继发现自然界中存在着与光的直线传播现象不完全符合的事实，这就是光的波动性的表现．其中最先发现的就是光的衍射现象，并进行了一些实验研究与理论探讨． 一、光的衍射现象的发现 意大利物理学家格里马第（1618—1663）首先观察到光 的衍射现象，在他死后三年出版的书中描写了这个实验．他 使光通过一个小孔引入暗室（点光源），在光路中放一直杆， 发现在白色屏幕上的影子的宽度比假定光以直线传播所应有 的宽度为大．他还发现在影子的边缘呈现2至3个彩色的条 带，当光很强时，色带甚至会进入影子里面．格里马第又在 一个不透明的板上挖一圆孔代替直杆，在屏幕上就呈现一亮斑，此亮斑的大小要比光线沿直线传播时稍大一些．当时格里马第把这种光线会绕过障碍物边缘的现象称为“衍射”，从此“衍射”一词正式进入了光学中．但当时格里马第未能正确解释这一现象，他知道他所观察到的这一衍射现象是与光的直线传播相矛盾的，也是与当时处在统治地位的光的微粒说相矛盾的．他认为，光是一种稀薄的、感觉不到的光流体．当光遇到障碍物时，就引起这一流体的波动． 格里马第把光与水面波进行类比，他认为光的这种衍射现象正类似于将石子抛入水中时，在石子周围会引起水波一样，因为放在光的传播路程上的障碍物在光流体中引起了波动，这些波传播时将超出几何阴影的边界． 光的衍射现象的另一个发现者是胡克，在他所著并被看作物理光学开始形成的标志之一的《显微术》一书中，记载了他观察到光向几何影中衍射的现象．牛顿也曾重复过类似的实验，他观察了毛发的影、屏幕的边缘和楔的衍射等，从中得出结论：光粒子能够同物体的粒相互作用，且在它们通过这些物体边缘时发生倾斜．但是这一切没有对光学发展起到应有的影响． 二、光的衍射理论的建立 1．定性解释光的衍射现象的理论——惠更斯原理． 惠更斯在前人工作的基础上，对光的衍射理论作了进一步 的发展．在讨论光的传播时，他类比了声音在空气中的传播．以 光速的有限性论证了光是媒质的一部分依次地向其他部分传 播的一种运动，且和声波、水波一样是球面波．他提出了以他 的名字命名的描述光波在空间各点传播的原理——惠更斯原 理．该原理可概述如下：光源发出的波面上每一点都可看作一 个新的点光源，它们各自向前发出球面次波（或称子波），新的波面是与这些次

光的直边衍射现象揭秘

光的直边衍射现象揭秘 （一）直边衍射现象。在光的衍射现象中有一种叫做直边衍射的现象，直边衍射是指光在传播方向上遇到不透明物体（或者不透明直边）后在屏幕上形成特定衍射图案的现象。实际上光遇到任何不透明物体（包括直边的、非直边的、多边形的或者任意形状的）都能够形成特定衍射图案，通常情况下直边物体的衍射图案比较简单，更加方便我们的研究，所以我们讨论的重点也是直边物体的衍射现象。 直边衍射条纹的特点。上图是光的几种衍射现象，其中光照射在刀片上产生的直边衍射现象是我们分析的重点。一般情况下，直边衍射条纹有如下特点：1.在几何阴影区内,光强迅速下降,但并不为零,仍有较弱的能量分布,距几何阴影一定距离（3～4mm）后光强才逐渐减弱到接近于零。 2.几何阴影分界线处光强既不是最大,也不是最小,光强约为无直边衍射屏时的1/4。 3.在几何阴影区外产生明暗相间的条纹,但明暗条纹仅限于离几何阴影分界线很近的范围内。也就是说在几何阴影区外光强重新分布,产

生振荡起伏,随着与几何影边缘距离的增大,条纹变密,振荡幅度逐渐减小,最后光强趋近某一定值。 4.几何阴影区外距几何阴影较远时,光强趋于均匀,保持不变,与无直边衍射屏时相似。 那么，直边衍射现象是怎样形成的呢？光的微粒模型认为光的偏转是由引力作用引起的，所以距离几何阴影分界线处较近的光子经过直边后会在引力作用下偏转到阴影区内，当然了，由于阴影区外的一部分光子偏转到阴影区内，所以阴影区外光的强度会减弱，并且离阴影区边缘一定远处才会恢复到正常水平。如下图所示，根据以上推理，我们就可以画出光子经过直边衍射后在几何阴影区内和几何阴影区外形成的光强曲线示意图（如图中黄线所示），离几何阴影足够远的地方光的强度与无直边衍射屏时相似，在靠近几何阴影区的地方光的强度将减弱（因为在此区域内的光子有一部分被引力作用偏转到几何阴影区内），而在几何阴影区内光的强度并不为零而是随着离几何阴影区分界线距离的增大而迅速减小。图中黄线就是我们根据光的微粒模型推导出来的光的强度曲线，然而令我们感到尴尬的是它和实际光强曲线并不相符，以致于很长时间内我们都没有丝毫进展甚至可以说是

光的衍射现象的解释

光的衍射现象的解释 光是一种独特而神奇的现象，其具有粒子和波动性质。而光的衍射现象则是光 波传播中的一种特殊现象，是光波通过障碍物、孔洞或者细缝等物体边缘时发生的现象。它在我们日常生活中无处不在，却又常常被我们忽视或者未曾深入探究。本文将对光的衍射现象进行解释。 首先，我们需要了解光的波动性质。光是一种电磁波，在传播过程中会呈现出 特定的振动形式。当光波遇到物体的边缘时，由于光波的振动特点，光的波前会受到干涉和衍射的影响。在衍射过程中，光波经过障碍物或者细缝时，会发生波动的扩散和重叠，产生一系列干涉的现象，从而导致光的弯曲和分散。 其次，光的衍射现象可以由惠更斯-菲涅耳原理来解释。该原理认为，波前上 的每个点都是光源，它们作为次波源发出的新波与原始波相互叠加，形成波的干涉和衍射。惠更斯-菲涅耳原理为我们解释了光的衍射现象，揭示了光波的传播规律。 在光的衍射现象中，我们经常遇到的是单缝衍射和双缝衍射。单缝衍射是指光 波通过一个细缝时所发生的衍射现象。当光波通过一个细缝时，光波会向周围扩散并呈现出连续的衍射图案。双缝衍射则是指光波通过两个细缝时所发生的衍射现象。由于两个细缝之间的距离不同，光波在通过这两个缝隙时将会发生干涉，形成交替亮暗的干涉条纹。这些条纹正是我们所熟悉的干涉光谱。 除了细缝，光的衍射现象还可以发生在物体的边缘、圆孔、尖角等地方。这些 地方对光波的传播造成一定的障碍，导致光的波前发生变化，从而形成衍射现象。实际上，光的衍射并非只有在微观尺度上才能看到，对于大尺度的物体和光源，光的衍射依然存在，只是它的幅度和程度会相对较小。 光的衍射现象不仅仅存在于实验室中，也广泛应用于日常生活和工程领域。例如，在显微镜和望远镜中，由于衍射的存在，使得我们可以通过这些光学仪器来观

光的衍射现象

光的衍射现象 光是一种既有粒子性又有波动性的电磁辐射。在通过狭缝或障碍物时，光波会产生一种称为衍射的现象。衍射是光波在通过物体边缘或 狭缝时发生的偏折和扩散。这一现象在光学研究中具有重要的意义， 对于认识光的性质和光学仪器的应用有着重要的影响。 衍射现象的最早观察可以追溯到17世纪。当时，英国物理学家赫 胥黎首次观察到太阳光通过狭缝后产生的光斑。这一观察结果引起了 科学家们的极大兴趣，因为传统的光学理论难以解释这一现象。经过 进一步的研究，科学家们逐渐揭示了光的衍射现象的原理和规律。 在描述光的衍射现象时，我们可以使用一些基本概念和公式。首先，我们需要了解光波的波长和狭缝或障碍物的尺寸之间的比较。如果狭 缝的尺寸远大于波长，那么光波的传播可以近似看作是直线传播。此时，衍射现象可以忽略不计。然而，如果狭缝的尺寸与波长相当或远 小于波长，那么光波会在狭缝周围发生弯曲和扩散，产生非常明显的 衍射现象。 其次，我们需要了解光波的相位差和干涉现象之间的关系。干涉是 指两个或多个光波的叠加和相互作用。当光波的相位差为整数倍的波 长时，会产生干涉增强的区域，而当相位差为奇数倍的波长时，会产 生干涉减弱的区域。在光的衍射现象中，光波通过狭缝或障碍物后会 发生相位差，这种差异会导致光波在空间中产生干涉。 光的衍射现象有不同的类型，包括单缝衍射、双缝衍射和光栅衍射等。在单缝衍射中，通过一个狭缝的光波在传播过程中会发生扩散，

形成中央亮斑和一系列交替的暗条纹。这一现象可以用夫琅禾费衍射 公式来描述。双缝衍射是一个更为复杂的现象，当两个相距较近的狭 缝中通过光波时，会产生一系列交替的亮暗条纹，这称为干涉条纹。 而光栅衍射则是通过一系列周期性排列的狭缝或透镜来实现的，通过 光栅的光波单缝会产生多个衍射光束，形成一系列亮暗相间的条纹。 光的衍射现象在科学研究和工程应用中有着广泛的应用。例如，在 天文学中，光的衍射现象可以用来研究星体的结构和性质。在显微镜中，光的衍射现象可以被用来观察微小物体的细节。在光学通信中， 光纤传输信号时，光的衍射现象对信号的传输性能有着重要影响。 总之，光的衍射现象是光学研究中的重要课题。通过对光波在通过 狭缝或障碍物时的行为进行研究，我们可以更好地理解光的性质和行为，并将其应用于各个领域。光的衍射现象不仅仅是学术研究的内容，它也有着广泛的实际应用，为我们的生活带来了便利。

光的衍射现象

光的衍射现象 光的衍射是一种光学现象，当光通过狭缝或者物体边缘时会发生弯 曲和变化。这种现象的发现对光学的发展产生了重要影响，并且在日 常生活中也有着广泛的应用。本文将对光的衍射现象进行探究，从衍 射的原理、应用以及进一步研究的方向进行论述。 一、衍射的原理 光的衍射现象是由光的波动性质所引起的。根据赫兹的波动理论， 光是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等基本特征。当光通过一个 狭缝或者物体边缘时，波前会发生弯曲，从而导致光的方向发生变化。 光的衍射可以用惠更斯-菲涅尔原理来解释。该原理认为，每个点上的波前可视为无限多个波源的球面波在该点的相干叠加。当光通过一 个小孔或者孔径较小的物体时，波前通过不同的路径到达屏幕上，形 成交叠和干涉现象。这种干涉使得光在屏幕上出现亮暗相间、彩色的 衍射图案。 二、光的衍射应用 1. 衍射光栅：光的衍射现象在光栅中得到了广泛应用。光栅是一种 带有周期性结构的物体，具有多个狭缝或者孔径。当光通过光栅时， 会发生衍射现象。根据不同的衍射条件，光栅可以将入射光分散为不 同的衍射线，这为光谱学研究和光学仪器的开发提供了基础。 2. 衍射成像：光的衍射也可以用于成像。衍射成像利用光的衍射效应，通过特定的物体结构或者衍射光学元件，实现对物体的成像。例

如，透射光栅和反射光栅可以分别用于光谱成像和光学信息的编码与 解码。 3. 衍射仪器：光的衍射现象在许多光学仪器中得到了应用，如干涉仪、衍射仪等。这些仪器利用光的衍射特性，实现对光的操控、分析 和测量。通过衍射仪器，人们可以进一步研究光的波动性质以及物质 的结构和性质。 三、光的衍射研究的发展方向 随着科学技术的发展，人们对光的衍射现象的研究也在不断深入。 目前，有三个主要的研究方向：衍射理论的精确计算、新型衍射材料 和器件的开发以及超分辨率成像技术的研究。 1. 衍射理论的精确计算：当前的衍射理论仍存在一些简化和近似， 对于某些复杂系统的衍射计算精度还有待提高。进一步的研究将致力 于建立更加准确的衍射理论，为衍射现象的分析和应用提供更强的理 论支持。 2. 新型衍射材料和器件：研究人员正在开发新型的衍射材料和器件，以实现对光波的更精确控制。例如，非线性光学材料的研发可以实现 对光的频率和相位的调节，从而为光的衍射现象在光通信和光信息处 理等领域的应用提供更多可能性。 3. 超分辨率成像技术：超分辨率成像是当前光学领域的研究热点之一。研究者通过光的衍射效应和计算方法，实现对物体的高分辨率成

光的衍射和衍射实验

光的衍射和衍射实验 光是一种电磁波，当它经过物体的边缘或孔径时，会发生衍射现象。衍射是光波的传播特性之一，也是光学研究中的重要内容之一。本文 将介绍光的衍射原理和衍射实验，并探讨其在科学研究和应用中的意义。 一、光的衍射原理 光的衍射是指当光波通过一个孔径或物体边缘时，光波的传播方向 会发生改变，并形成一定的干涉图样。这种现象是由于光波的波长与 物体孔径或物体边缘的尺寸相当，光波在与物体相交时发生了干涉。 根据赫兹的振幅比原理，我们知道当两个波源发出的波长相同的光 波相遇时，会发生干涉现象。光的衍射可以看作是波的干涉现象在物 体边缘或孔径处的表现。 二、衍射实验 为了观察和研究光的衍射现象，科学家们进行了大量的实验。以下 是其中几个经典的衍射实验： 1. 单缝衍射实验 单缝衍射实验是最简单的衍射实验之一。实验中，通过一个狭缝使 光波通过，然后在后方的观察屏上观察到一幅衍射图样。衍射图样的 中央为明亮的最大亮度区域，两侧逐渐变暗，并出现一系列明暗交替 的条纹。

这一实验可以通过调整狭缝的宽度和观察屏的距离，来研究不同条 件下的衍射效应，进一步探究衍射现象的规律。 2. 双缝衍射实验 双缝衍射实验是对单缝衍射实验的扩展。实验中，在光源后方放置 两个狭缝，通过两个狭缝的光波在后方观察屏上形成干涉图样。 和单缝衍射实验类似，双缝衍射实验也产生一系列明暗交替的条纹。不同的是，在中央明亮区域的两侧还会有一系列交替出现的明暗条纹，这是因为两个缝隔有一定距离，形成了互相干涉的光波。 3. 点光源衍射实验 点光源衍射实验是通过一个小孔作为点光源来进行的。在实验中， 通过一个小孔发出的光波会在观察屏上形成一幅圆形的衍射图样。 和前两个实验相比，点光源衍射实验产生的衍射图样更为简洁，只 存在一个明亮的中央区域和一些弱的光晕。 三、衍射的意义 光的衍射在科学研究和应用中具有重要意义： 1. 衍射现象的研究为我们了解光的传播特性和波动性提供了实验依据，有助于深入理解光学原理。 2. 衍射实验可以进行精确的测量，通过衍射公式可以计算出物体的 尺寸、孔径等参数，这对于科学研究和实践应用有一定的指导意义。

衍射现象的原理

衍射现象的原理 衍射是光线通过物体边缘或小孔时，出现弯曲、扩散、交错、变暗或出现干涉条纹等现象。这一现象原理的解释可以通过光的波动性来说明。 首先，光在传播时表现出波动性，即光是一种电磁波。当光波通过物体边缘或小孔时，会发生折射和衍射现象。 对于折射现象，它是光波在通过媒质界面时改变传播方向的现象。这是因为光波传播速度在不同介质中存在差异，导致光波的传播方向发生了改变。这种改变使得光线从物体的表面或小孔的边缘经过时发生偏折，从而观察者看到的物体位置会发生视差，产生了折射现象。 而对于衍射现象，它是光波在通过物体边缘或小孔时遇到的障碍物而发生的现象。当光波通过小孔或绕过物体边缘时，会发生波的干涉现象。具体来说，当光波通过小孔时，波前会成为圆形，形成一个新的波源；当光波绕过物体边缘时，会发生边缘效应。这样产生的波通过传播媒质后会与其他波相叠加，形成了干涉。 衍射现象的核心原理可以通过惠更斯-菲涅尔原理来解释。这个原理认为，每个点上的光波作为二次波源，会发出球面波。当这些球面波相遇时，会出现叠加干涉现象。这种干涉叠加产生了衍射现象。 衍射现象的具体特征取决于光波的波长与物体大小相比的比例。如果物体尺寸远

大于光波的波长，例如墙壁或其他大尺寸的物体，那么光波产生的圆形波前会经过非常微小的变化，从而产生几乎看不见的衍射效应。这种现象称为佛前衍射。 相反，当物体尺寸与光波波长在同一数量级时，例如小孔或细缝，光波会发生更明显的衍射现象。这是因为光波的圆形波前受限于小孔或细缝的大小，而产生了明显的干涉现象。这种衍射现象称为菲涅尔或菲涅耳-柯西衍射。 除了小孔和边缘衍射之外，光波还会在物体表面发生衍射现象。例如，当光波通过光栅或光斑时，会产生干涉图案。这是因为光栅或光斑的表面具有特定的结构形状，从而使得光波在通过时产生衍射效应。 总的来说，衍射现象的原理可以归结为光的波动性。当光波通过物体边缘或小孔时，波的干涉导致了衍射现象的出现。通过对光波的波动性研究，我们可以更好地理解和解释衍射现象的原理。

菲涅耳直边衍射

菲涅耳直边衍射 光波通过具有直边的障碍物在有限距离处产生的衍射现象。如图1-22-38所示，假设S 是与障碍物直边平行的线光源（一段垂直于纸面的发光直灯丝），D是具有直边的不透光屏，其直边与纸面垂直，MM′是观察衍射现象的幕或光屏。按照几何光学，屏上P点以下应为阴影区，P点以上应为有光照射的明亮区。实际上，靠近边界的阴影区内仍有相当强度的光，强度逐渐减小到零；靠近边界的明亮区域中有若干条明暗相间的条纹，这就是光通过直边后的衍射现象（图1-22-39）。 直边衍射中光强度的分布规律，可以用波带法进行分析。图1-22-38中CC′是线光源S的柱面波面，假设沿着直边方向把这个波面分割成许多个直条形波带，这些波带在观察点P产生的振幅互相叠加，就可以得到总振幅。图1-22-40中a1代表对着P点的第一个波带在P点产生的振幅矢量；a2代表第二个波带产生的振幅矢量，第二个波带离P点稍远，它产生的振动相位落后一些，因此矢量方向与a1相差一个小的角度，并稍微短些；同样，a3、a4代表第三、第四个波带在P点产生的振幅矢量，等等。大量的振幅矢量相接，将形成一条螺线，终端趋近于Z.AZ代表合振幅矢量，它的长度表示合振幅的大小。如果去掉障碍物，

原来被遮住的波带对P点的作用也可以用类似的矢量叠加方法来研究，振幅矢量连接成的曲线在第三象限，形状与上半支相似。如果每条波带的面积为无限小，则得到的曲线为一条光滑的螺线（图1-22-41）。这条螺线叫做考纽螺线。 下面利用考纽螺线来分析P点上方（明亮区域）和P点下方（阴影区域）光强度的分布规律。 在P点上方，例如P′点（图1-22-38），与P点相比，相当于a1波带的下方又露出几个波带，于是振幅矢量的起点A将沿螺线向下移动，假定移到M′点（图1-22-42），则M′Z就是在P′点的合振幅。P′点离P点越远，M′点沿螺线移动越接近Z′点。在这个过程中，合振幅矢量的长度有时长、有时短，即表示P点上方各点的光强度按一定规律发生强弱变化，但光强度不为零，当P′点离P点足够远时，合振幅矢量Z′Z，这以后光强度不再变化，与光波未受障碍物阻挡时相同。

光的衍射现象

光的衍射现象 光的衍射是光经过一个障碍物或绕过物体时发生的一种现象。在具 体的观察中，光的波动性会导致光线的传播方向发生偏离和扩散，形 成光的衍射现象。本文将从光的波动性、衍射定律和衍射的应用三个 方面介绍光的衍射现象。 一、光的波动性 光既具有粒子性又具有波动性，这是物质的基本属性。在描述光的 特性时，我们通常使用光波或电磁波的概念。光波具有波长和频率， 不同的波长对应不同的颜色。当光波遇到物体边缘或光的传播路径上 存在较小的孔洞时，就会出现光的衍射现象。 二、衍射定律 1. 惠更斯-菲涅尔原理 惠更斯-菲涅尔原理是衍射定律的基础，该原理认为光波传播过程中，每个点都可以看作是新的次波源，并沿着同样的传播方向发出次波。 通过不同次波的叠加形成衍射波前。 2. 衍射定律 衍射定律是描述光的衍射现象的基本规律。根据衍射定律，光束通 过一个孔径或遇到一个障碍物时，会以波纹的形式传播，形成亮暗相 间的衍射图样。衍射图样的形状和大小取决于光的波长、孔径尺寸和 障碍物的形状。

三、衍射的应用 1. 衍射在物理学中的应用 衍射在物理学中有广泛的应用，例如衍射可以用来测量光的波长，通过测量衍射斑的大小和角度，可以间接测量光波的波长。此外，衍射还可以用来研究光的偏振性质、干涉现象等。 2. 衍射在衍射光栅中的应用 光栅是由许多平行缝或凹槽组成的光学元件，它可以将光束分成多个独立的光波，形成亮度交替的衍射波前。根据不同的光栅结构和参数，可以实现光的分光、波长选择和频率测量等应用。 3. 衍射在摄影和光学仪器中的应用 衍射现象在摄影和光学仪器中也有一些重要的应用。例如，衍射可以用来遮蔽某些光线，提高图片的清晰度和对比度；衍射还可以用来设计衍射镜头和护目镜，改善镜头的成像质量和减少眩光。 总结： 光的衍射现象是光的波动性在通过孔洞或绕过物体时产生的一种现象。衍射定律通过描述波纹的传播和叠加，揭示了光的衍射特性。光的衍射不仅在物理学中有着广泛的应用，还在衍射光栅、摄影和光学仪器等领域发挥着重要的作用。了解和应用光的衍射现象对于深入理解光的本质以及提高光学器件的性能具有重要意义。

简述光的衍射原理及应用

简述光的衍射原理及应用 1. 光的衍射原理 光的衍射是指光波通过障碍物的缝隙或物体边缘时产生的现象。它是光的波动性质的直接证据之一，也是研究光的重要现象之一。 光的衍射可以解释为光波遇到障碍物或物体边缘时，波前在缝隙或边缘上发生弯曲，产生新的波源，形成一系列的次级波。这些次级波经过干涉叠加，形成新的波面，从而出现衍射现象。 2. 光的衍射应用 光的衍射广泛应用于许多领域，其中包括： 2.1 电子显微镜 电子显微镜使用精细的光学透镜和电子束来放大并观察微小样本。在电子显微镜中，光的衍射用于聚焦和形成清晰的图像。 2.2 液晶显示器 液晶显示器使用液晶分子的光学特性来控制像素的亮度和颜色。光的衍射现象被用于液晶显示器中的光栅结构，以实现高分辨率和鲜明的图像显示。 2.3 激光 激光是一种集中并聚焦的光束，其产生和放大过程涉及光的衍射。激光的衍射效应使得激光束能够精确控制和聚焦在特定的区域内，广泛应用于医疗、制造业、通信等领域。 2.4 制造业的尺寸测量 光的衍射现象被用于制造业中的尺寸测量。通过观察光的衍射图案，可以精确测量出被测尺寸的大小和形状，用于质量控制和产品检验。 2.5 天文学 天文学中的光的衍射现象被用于观测和研究天体。望远镜利用光的衍射原理来聚焦和放大天体光线，从而实现对宇宙的观测和研究。

2.6 X射线衍射 X射线衍射是一种用于研究晶体结构的重要方法。通过将X射线照射到晶体上，观察X射线的衍射图案，可以确定晶体的晶格结构和成分。 2.7 蜂窝状结构 光的衍射原理也被应用于蜂窝状结构的设计和制造。蜂窝状结构通过光的衍射 效应，可以实现高强度和轻量化的结构，广泛应用于航空航天、建筑和汽车工业。 结论 光的衍射原理是光波的一种波动性质，通过光的衍射现象可以实现对光的控制 和调整。光的衍射在各个领域都有广泛的应用，包括电子显微镜、液晶显示器、激光、制造业的尺寸测量、天文学、X射线衍射和蜂窝状结构等。这些应用既展示了 光的衍射的重要性，也证明了光的波动性质的实际应用意义。

光的衍射与衍射现象

光的衍射与衍射现象 光的衍射是指光波遇到障碍物或通过孔径时，发生弯曲、弥散、交迭等现象。这一现象主要是由于光的波动性质造成的。衍射现象的研究对于我们深入理解光的本质和应用光学技术都具有重要意义。 一、衍射原理及基本特征 衍射是指光通过具有各种结构和特性的物体时，发生偏离直线传播的现象。它表现出以下基本特征： 1. 传播波前的弯曲：当光通过一个孔径较小的障碍物时，光波将扩散出去，波前呈现出一定的曲率。这一现象表明，光波的传播受到物体约束，无法直线传播。 2. 波阵面的变化：衍射过程中，光的波阵面会发生弯曲、弥散、变形等变化。这些变化可通过衍射方程和斯涅尔定律来进行定量描述。 3. 光强的分布：光通过障碍物或孔径时，光的强度分布会出现明暗相间的条纹状。这些条纹称为衍射图样。 二、衍射的应用与实验 衍射现象的实验可以通过实验室中的一些常见装置来观察和研究。其中最常见的包括单缝衍射、双缝衍射以及光栅衍射。 1. 单缝衍射：将光束通过一个狭缝，使其投影到屏幕上。我们会看到中央亮度较高的明条纹，并伴随着逐渐减弱的暗条纹。这种现象可以通过惠更斯-菲涅尔原理和狭缝衍射公式来解释和计算。

2. 双缝衍射：将光束通过两个并排的狭缝，观察屏幕上的衍射图样。在中央出现亮条纹，两边逐渐减弱的暗条纹，形成一系列明暗相间的 干涉条纹。这一现象有助于验证光波的波动性和干涉理论。 3. 光栅衍射：光栅是一种具有大量狭缝的装置，通过光栅衍射可以 获得更为复杂的衍射图样，包括多级衍射、光谱分析等。光栅衍射在 光谱仪、激光照相等领域有广泛应用。 三、光的衍射与现代科学技术 光的衍射现象不仅在基础光学实验中起到重要作用，还在现代科学技术领域发挥着重要的作用。 1. 光学显微镜：衍射现象的应用使得显微镜成像更加清晰，可以获 得高分辨率的图像。这对于生物医学研究、新材料开发等都有非常重 要的意义。 2. 光纤通信：光的衍射现象在光纤通信中起到了至关重要的作用。 通过光的衍射特性，我们可以实现光信号的传输、解码与调制，提高 了通信的速度和带宽。 3. 激光技术：激光是一种高度聚焦的光束，其成像和加工效果取决 于衍射现象。通过衍射，激光可以实现精细切割、激光打印、激光投 影等多种应用。 四、光的衍射在自然界中的表现 光的衍射也在自然界中有着许多奇妙的表现，如大气层中的空中彩虹、薄膜干涉现象等。

光学中的衍射原理和干涉现象

光学中的衍射原理和干涉现象光学是现代科学中一门非常重要的学科，主要研究光的属性、 传播规律及其应用等方面的问题。在光学中，衍射和干涉是两个 非常重要的概念，它们对于我们理解光学现象、探索光学规律以 及应用于科学研究和生产制造等方面都有着重要的作用。 一、衍射的原理及其现象 衍射是光线遇到一个边缘或者一个孔时发生曲折并呈现出一定 角度的现象。它是波动理论中的一种重要现象，是在光阑或其他 障碍物的边缘处，光线遇到阻碍或受到干扰而发生曲折和干涉。 在实际应用中，衍射的实现可以通过一个窄缝或者光栅等实现。 衍射会产生一系列的现象，其中最著名的包括菲涅耳衍射和夫 琅和费衍射。在菲涅耳衍射中，光线从一个有限的孔洞进入另一 个空间中，并受到边缘的影响而产生弯曲；而在夫琅和费衍射中，光线进入到另一个平面子波的干涉区域中，并产生干涉和衍射现象。

衍射的物理机制相对比较复杂，但是它在现实生活中有着非常 广泛的应用。比如，光学的显微镜和望远镜都是利用衍射及其相 关原理来实现对物质的观测和探测的。同时，在光学制造过程中，衍射也被广泛应用，例如制造光学棱镜、光栅等光学元件，以及 制造光学测量等方面都有着广泛的应用。 二、干涉的原理及其现象 干涉是指两个或多个波的相互作用而产生的波的干涉现象。干 涉的原理基于光波的叠加原理，即两个不同的光源发出的光波在 特定条件下会产生相干干涉现象。在实际应用中，干涉的实现可 以通过干涉仪等工具来实现。 干涉也会产生一系列的现象。其中最著名的两种干涉现象为杨 氏双缝干涉和牛顿环干涉。在杨氏双缝干涉中，光线从两个相距 很近的缝隙中射出，在干涉区域内产生独特干涉图案；而在牛顿 环干涉中，光线从一个圆形透镜发出，在与平凸镜接触的地方产 生一系列干涉条纹。 同衍射一样，干涉也具有广泛的应用场景。其中经典的应用包 括干涉测量技术、干涉衬片技术和照相干涉等方面的应用。同时，

光的衍射原理及应用

光的衍射原理及应用 1. 什么是光的衍射？ 光的衍射是光线穿过一个障碍物或绕过物体边缘后发生偏折和扩散的现象。它 是光的波动性质的直接表现，是光传播过程中不可避免的现象。 2. 光的衍射原理 光的衍射现象可以用惠更斯-菲涅耳原理来解释。该原理认为，光波在传播过程中会由于障碍物或物体边缘的存在而发生弯曲和扩散，使得光波在衍射区域内形成新的波前。 3. 光的衍射类型 光的衍射可以分为以下几种类型： •菲涅耳衍射：当光波通过一个开口或较窄的缝隙时发生衍射。 •阿贝衍射：当光波通过一个圆形孔或光学系统中的透镜等时发生衍射。 •多缝衍射：当光波通过多个平行缝隙时发生衍射。这种衍射通常产生干涉现象。 •衍射光栅：通过周期性排列的缝隙或透过率变化的光栅产生衍射。 4. 光的衍射应用 光的衍射在许多领域中都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域： 4.1. 衍射光栅 光的衍射光栅是一种具有周期性缝隙或透射率变化的光学设备，根据衍射原理 可以将入射的光波分散为不同的波长。衍射光栅广泛应用于光谱仪、光通信系统等领域。 4.2. 衍射显微镜 衍射显微镜是一种利用衍射现象来观察物体的显微镜。通过衍射显微镜，可以 获得更高分辨率的图像，用于生物学、材料科学等领域的研究。 4.3. 衍射声纳 衍射声纳是利用声波的衍射现象来检测和定位目标的一种技术。通过分析声波 的衍射模式，可以实现目标的定位和跟踪，被广泛应用于海洋勘测、声纳导航等领域。

4.4. 衍射测量 衍射测量是一种利用光的衍射现象来进行精确测量的方法。通过衍射测量，可 以测量物体的形状、尺寸等参数，被广泛应用于制造业、科学研究等领域。 5. 光的衍射在科学研究中的意义 光的衍射现象在科学研究中具有重要的意义。通过研究光的衍射现象，可以深 入了解光的波动性质，并应用于材料科学、光学仪器的设计等领域。同时，光的衍射现象也为开展光波动性实验提供了重要的基础。 6. 总结 光的衍射是光的波动性质的直接表现，通过不同的衍射类型可以产生各种各样 的衍射现象。光的衍射在科学研究和各个领域中具有广泛的应用，如光栅、显微镜、声纳等。深入研究和应用光的衍射原理，对于推动科学技术的进步具有重要作用。

光的衍射现象解析

光的衍射现象解析 光的衍射现象是光波传播过程中的一种特殊现象，它是由光波和物 体之间的相互作用引起的。在本文中，我们将对光的衍射现象进行深 入解析，并探讨其背后的原理和应用。 一、光的衍射现象的定义与特点 光的衍射是指光波在遇到障碍物或通过较小的孔时，光波的传播方 向发生改变，产生出弯曲的现象。光的衍射具有以下几个特点： 1. 衍射是波动性的表现：光的衍射现象可以用波动理论来解释，它 体现了光具有波粒二象性的特性。 2. 衍射是波阵面传播过程中的面聚焦和发散：当光线通过一个窄缝 或孔洞时，它会以波阵面为单位进行传播，并在窄缝或孔洞附近聚焦 和发散。 3. 衍射现象在边缘处产生明暗条纹：在光的衍射中，会在边缘产生 明暗相间的条纹，这种现象被称为衍射条纹，是光的干涉与衍射的结果。 二、光的衍射现象的原理 光的衍射现象可以通过菲涅尔衍射原理或惠更斯-菲涅尔原理来解释。 1. 菲涅尔衍射原理：菲涅尔衍射原理是基于波阵面传播的法则，它 认为光波的传播可以用一系列的波阵面来描述。当光波通过物体的边

缘或孔洞时，波阵面将以圆形或球面波的形式传播，引起光的弯曲和 衍射现象。 2. 惠更斯-菲涅尔原理：惠更斯-菲涅尔原理是在波动光学中广泛应 用的一条原理，它认为光波的每个点都可以作为次波源，次波源发出 的球面波与其他次波源发出的波进行干涉，最终形成观察者所看到的 光的衍射图样。 三、光的衍射现象的应用 光的衍射现象在实际应用中有着广泛的应用。 1. 衍射光栅：光栅是一种经过特殊制备的平行刻痕系统，它利用光 的衍射现象来分析光谱成分，广泛应用于光谱测量、光谱仪器等领域。 2. 激光干涉：光的衍射现象可以与光的干涉现象相结合，形成激光 干涉现象。这种现象被广泛应用于激光测量、光学干涉仪等领域。 3. 光学显微镜：光学显微镜利用光的衍射现象来观察样本的结构和 细节。通过光的衍射，可以放大样本的图像，并观察到微观结构。 4. 光学望远镜：光的衍射现象也应用于光学望远镜中，通过调节光 的衍射现象，可以改变光的聚焦和成像效果，实现观测远距离物体的 目的。 结论 光的衍射现象是光波在遇到障碍物或通过较小的孔时，光波的传播 方向发生改变的现象。它通过波动理论解释，并通过菲涅尔衍射原理

光的衍射知识点精解

光的衍射·知识点精解 1．衍射现象 光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。 光的衍射和光的干预一样证明了光具有波动性。 2．光产生明显衍射的条件 小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。由于可见光波长范围为4×10-7m至7.7×10-7m之间，所以日常生活中很少见到明显的光的衍射现象。 任何障碍物都可以使光发生衍射现象，但发生明显衍射现象的条件是“苛刻〞的。 当障碍物的尺寸远大于光波的波长时，光可看成沿直线传播。注意，光的直线传播只是一种近似的规律，当光的波长比孔或障碍物小得多时，光可看成沿直线传播；在孔或障碍物可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射就十清楚显。 【问题讨论】 (1)狭缝衍射 让激光发出的单色光照射到狭缝上，当狭缝由很宽逐渐减小，在光屏上出现的现象怎样？ 当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显，光沿直线传播，在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线；但当缝的宽度调到很窄，可以跟光波相比较时，光通过缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，。但亮度越来越暗。 (2)小孔衍射 如图2-6所示，点光源S发出的光经过小孔AB射到屏MN上。假设圆孔AB的半径由较大到很小变化光屏上接收到的图形如何变化？

当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮光圆斑；减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像；继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相同的圆形衍射光环。 (3)课本上说：“不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以致使影的轮廓模糊不清，〞影的边廓跟物体的边缘有何关系？ 应是互相对应关系。影的轮廓模糊不清，是光通过物体的边缘而发生衍射的结果。刮胡须刀片的阴影模糊不清，是刀片边缘衍射的结果，“泊松亮斑〞的形成也是小圆板边缘衍 射的结果；游标卡尺两测脚间的狭缝的尺寸，虽然可达光波波长的几百倍(数量级比为 10-4m比10-7m)，仍然能看到明显的衍射条纹，也是由于光在卡尺两测脚的边缘发生衍射的结果。 (4)双缝干预和单缝衍射的比较 双缝干预和单缝衍射都是波叠加的结果。干预是有限的几束光的叠加，而衍射是极多且复杂的相干光的叠加。一般现象中即有干预又有衍射，在研究双缝干预时如考虑狭缝的宽度就有衍射的问题。 干预和衍射的图样相类似，都是明暗相间的条纹。双缝干预中各明纹或暗纹的宽度根本相等，各明纹亮度根本相同，而衍射条纹宽度不等，中央明纹最宽，各明纹亮度也不同，中央亮纹最亮。 3．光的衍射的应用 ①衍射光栅：光通过衍射光栅并随光栅的缝数增加而变窄，变亮(衍射条纹的变化)，用它可较精确地测量光波的波长，还可以利用它产生分布均匀的光谱。 ②菲涅耳圆盘衍射：在中心产生一个亮斑。 【例1】用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，以下几种情况中，在小孔后面的光屏上各看到什么现象？

光学现象中的衍射现象与应用解析

光学现象中的衍射现象与应用解析 光学是研究光的传播和相互作用的科学，而衍射是光学中的一个重要现象。衍 射是光线通过一个物体或者绕过一个物体后发生弯曲、分散或者干涉的现象。在光学研究中，衍射现象的理解和应用具有重要的意义。 衍射现象最早由英国科学家哈弗斯在17世纪发现，并由法国物理学家菲涅耳 在19世纪进行了深入研究。他们发现，当光线通过一个孔或者绕过一个障碍物时，会产生衍射现象。这是因为光的波动性质导致了光的传播方向的改变。 衍射现象的应用非常广泛，其中最常见的应用之一是在光学仪器中。例如，显 微镜和望远镜中的物镜和目镜都利用了衍射现象。当光线通过物镜时，会发生衍射现象，使得光线的传播方向发生改变，从而形成物体的放大图像。而目镜则通过逆向的衍射现象将放大的图像重新聚焦，使得人眼能够观察到清晰的图像。 另一个重要的应用是在光的干涉实验中。干涉是光的波动性质的直接体现，而 衍射现象是干涉的基础。在干涉实验中，光线通过一个或多个狭缝后，会发生衍射现象，产生干涉条纹。这些干涉条纹可以用来测量光的波长、光的相位差以及介质的折射率等参数。干涉实验还被广泛应用于光学薄膜的制备、光的波导和传感器等领域。 除了在光学仪器和干涉实验中的应用，衍射现象还在光学材料和光学器件的设 计中起着重要的作用。例如，在光学薄膜的设计中，通过控制衍射现象可以实现对光的传播和反射的调控，从而达到特定的光学性能。在光学器件中，通过衍射现象可以实现光的分光、波前调控和光的聚焦等功能。 除了在科学研究和技术应用中的重要性，衍射现象还具有一定的艺术价值。在 摄影和绘画中，艺术家常常利用衍射现象的特性来创造出独特的光影效果。通过合理地控制光的传播和衍射，可以使得作品更加生动和有趣。

光的微粒模型对直边衍射和单缝衍射现象的解释

光的微粒模型对直边衍射和单缝衍射现象的解释 关于光的本质问题，历史上主要有牛顿'微粒说'和惠更斯'波动说'两种观点，虽然都能解释一些物理现象但并不能解释所有的光学现象，在双缝干涉实验基础上发展起来的物理波理论和量子力学，也无法圆满解释电子双缝干涉实验和延迟选择实验。在综合分析大量实验事实的基础上，我们认为光的微粒模型是能够解释所有光学现象的唯一正确的理论，本文将对此进行初步阐述。 （一）光的粒子性本质。我们认为，光的本质是粒子性，光子具有如下特点： ①光的本质是粒子性，自然界中能够稳定存在的光子的质量（能量）都是不连续的，所有光子的质量（能量）均为某个最小质量（能量）的整数倍。②不同质量的光子内部结合力不同，质量较小的光子内部结合力较大、质量较大的光子内部结合力较小。③不同质量的光子在一定条件下可以相互转换：质量较小的光子可以吸收其它物质变成质量较大的光子，质量较大的光子在一定条件下也可以'裂变'抛弃部分质量变成质量较小的光子。④光子的质量远远大于引力子的质量，光子不能吸收单个的引力子却可以同时吸收若干个引力子并且形成质量更大的、能够稳定存在的光子。⑤光子的质量不能无限增大，光子存在'临界质量'，超过'临界质量'的光子都是极不稳定的，将在极短时间内'裂变'生成能够稳定存在的光子。 光子质量的不连续性已经被实验证实。上个世纪初物理学家在研究热辐射现象时发现：任何物体只要其温度在绝对零度以上都会向周围辐射能量，同时也会从外界吸收能量。普朗克在1900年研究物体热辐射规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的、而是一份一份进行的，计算结果才能和试验结果相符。爱因斯坦随后提出了光量子假说，认为光和原子、电子等微粒一样也具有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他把这种粒子叫光量子，每个光量子的能量E=hν。黑体辐射现象和光量子假说无一例外地说明一个事实：光子的能量是一份一份的，自然界中能够稳定存在的光子的能量（质量）