所謂光的衍射現(xiàn)象,是當(dāng)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(zhǎng)相比或比光的波長(zhǎng)小)時(shí),光繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象.
演示:
下面我們用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察.
取一個(gè)不透光的屏,在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫,用平行的單色光照射,在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)像屏.
我們看到,當(dāng)縫比較寬時(shí),在像屏上是一條幾乎與縫一樣寬的亮線(xiàn),除了這一條光線(xiàn)外,像屏上出現(xiàn)了陰影.這時(shí)光可視為是沿直線(xiàn)傳播的.接著逐漸縮小縫的寬度,當(dāng)縫調(diào)到很窄(縫寬與光波的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí))在像屏的原陰影區(qū)內(nèi)觀察到了明暗相間的條紋.
這實(shí)驗(yàn)表明光在其前進(jìn)的途中遇上大小相當(dāng)于光的波長(zhǎng)的障礙物或孔時(shí),偏離了直線(xiàn)傳播方向,即光產(chǎn)生了衍射現(xiàn)象.上述衍射現(xiàn)象是通過(guò)單縫形成的,我們稱(chēng)之為光的單縫衍射.
單色光的干涉與衍射都出現(xiàn)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(shí),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(jí)是又亮又寬的白色條紋,兩邊是較窄較暗的彩色條紋.
用點(diǎn)光源來(lái)照射有較大圓孔AB的屏,在像屏 MN上出現(xiàn)一個(gè)光亮的圓,
這說(shuō)明光是沿直線(xiàn)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(shí),在像屏MN上原陰影區(qū)就形成一些明暗相間的圓環(huán),這些圓環(huán)達(dá)到的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光按直線(xiàn)傳播所能照到的范圍,這就是光通過(guò)小孔產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象.
光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有波動(dòng)性,對(duì)確定光的波動(dòng)說(shuō)的正確性起了重要作用.
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題,歷史上曾有過(guò)一段趣事.1818年,當(dāng)法國(guó)物理學(xué)家菲漢耳提出光的波動(dòng)理論時(shí),著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出:把一個(gè)不透光的小的圓盤(pán)狀物放在光束中,在距這個(gè)圓盤(pán)一定距離的像屏上,圓盤(pán)的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑.人們從未看過(guò)和聽(tīng)說(shuō)過(guò)這種現(xiàn)象,因而認(rèn)為這是荒謬的,所以泊松興高采烈地宣稱(chēng)他駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論,菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn),精心研究,“奇跡”終于出現(xiàn)了,實(shí)驗(yàn)證明圓盤(pán)陰影中心確實(shí)有一個(gè)亮斑,這就是著名的泊松亮斑.
光沿直線(xiàn)傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律:當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多時(shí),可認(rèn)為光是沿直線(xiàn)傳播的,當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時(shí)將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象
參考資料: