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4.1: 衍射前奏

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    想象一下,单色光束穿过一个狭窄的开口,这个狭缝比光的波长稍宽一点。 尽管只有一条缝隙,但你看到的不是屏幕上狭缝的简单阴影,而是出现了干涉图案。

    该图显示了黑色背景上的一系列红色同心环。 中心是一个鲜红色的斑点。
    \(\PageIndex{1}\):激光照亮的钢珠轴承不会投射出尖锐的圆形阴影。 取而代之的是,观察到了一系列衍射条纹和一个中心亮点。 这种效应被称为泊松点,最初是由奥古斯丁-让·菲雷斯内尔(1788—1827 年)预测的,这是光波衍射的结果。 根据射线光学原理,西蒙-丹尼斯·泊松(1781—1840 年)反对菲涅尔的预测。 (来源:哈佛自然科学讲座演示作品的修改)

    在关于干扰的章节中,我们发现需要两个波源才能发生干扰。 当我们只有一个缝隙时,怎么会有干扰模式? 在《光的本质》中,我们了解到,根据惠更斯的原理,我们可以想象波锋相当于无限多的点波浪源。 因此,来自狭缝的波浪不能表现为一个波浪,而是无限数量的点源。 这些波可以相互干扰,从而在没有第二条狭缝的情况下形成干扰模式。 这种现象称为衍射。

    另一种查看方法是识别狭缝的宽度很小但有限。 在上一章中,我们隐含地将狭缝视为有位置但没有大小的对象。 缝隙的宽度被认为可以忽略不计。 当狭缝的宽度有限时,开口沿线的每个点都可以被视为点光源,这是惠更斯原理的基础。 由于现实世界中的光学仪器必须具有有限的光圈(否则,光无法进入),衍射在我们解释这些光学仪器输出的方式中起着重要作用。 例如,衍射限制了我们解析图像或物体的能力。 这是我们将在本章后面研究的问题。