所謂光的衍射現象,是當光在它傳播的方向上遇到障礙物或孔(其大小可以與光的波長相比或比光的波長小)時,光繞到障礙物陰影里去的現象.
演示:
下面我們用實驗進行觀察.
取一個不透光的屏,在它的中間裝上一個寬度可以調節的狹縫,用平行的單色光照射,在縫后適當距離處放一個像屏.
我們看到,當縫比較寬時,在像屏上是一條幾乎與縫一樣寬的亮線,除了這一條光線外,像屏上出現了陰影.這時光可視為是沿直線傳播的.接著逐漸縮小縫的寬度,當縫調到很窄(縫寬與光波的波長相當時)在像屏的原陰影區內觀察到了明暗相間的條紋.
這實驗表明光在其前進的途中遇上大小相當于光的波長的障礙物或孔時,偏離了直線傳播方向,即光產生了衍射現象.上述衍射現象是通過單縫形成的,我們稱之為光的單縫衍射.
單色光的干涉與衍射都出現明暗相間的條紋,但圖案不同.干涉條紋是等間隔的,衍射條紋間隔不等.白光照射單縫時,可以在像屏上得到彩色條紋,它與雙縫干涉的彩色條紋也不同,中央一級是又亮又寬的白色條紋,兩邊是較窄較暗的彩色條紋.
用點光源來照射有較大圓孔AB的屏,在像屏 MN上出現一個光亮的圓,
這說明光是沿直線傳播的.逐漸縮小孔的直徑,可以看到屏上的亮圓也逐漸減小.但是,圓孔縮到很小時,在像屏MN上原陰影區就形成一些明暗相間的圓環,這些圓環達到的范圍遠遠超過了光按直線傳播所能照到的范圍,這就是光通過小孔產生的衍射現象.
光的衍射現象進一步證明了光具有波動性,對確定光的波動說的正確性起了重要作用.
關于這個問題,歷史上曾有過一段趣事.1818年,當法國物理學家菲漢耳提出光的波動理論時,著名數學家泊松根據菲涅耳的理論推算出:把一個不透光的小的圓盤狀物放在光束中,在距這個圓盤一定距離的像屏上,圓盤的陰影中心應當出現一個亮斑.人們從未看過和聽說過這種現象,因而認為這是荒謬的,所以泊松興高采烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動理論,菲涅耳接受了這一挑戰,精心研究,“奇跡”終于出現了,實驗證明圓盤陰影中心確實有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑.
光沿直線傳播只是一個近似的規律:當光的波長比障礙物或孔的尺寸小得多時,可認為光是沿直線傳播的,當光的波長與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時將產生明顯的衍射現象
參考資料: