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       波的一個重要特性是它的衍射效應(yīng)。

       舉一個簡單例子來解釋這一原理，假設(shè)有兩個相鄰房間A、B，兩個房間之間有一扇敞開的門。當聲音從房間A的角落里發(fā)出時，則處于房間B的人所聽到的這聲音有如是從位于門口的波源傳播而來的。對于房間B的人而言，位于門口的空氣振動是聲音的波源。

       又比如，用防洪堤圍成一個入口很窄的漁港，港外的水波會從入口處繞到堤內(nèi)來傳播，這種現(xiàn)象也是一種衍射現(xiàn)象。

        衍射是波的一種共性，光也是波，所以光也有衍射。光的衍射是指直線傳播的光可以繞射到障礙物背后去的一種現(xiàn)象。

       1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（Thoms·Young）進行了一個經(jīng)典的雙縫干涉實驗，如圖2.3.6所示，他把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面，這樣就形成一個點光源。在點光源的后面再放一張開了兩道平行狹縫的紙，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在白色像屏上可以看到明暗相間的黑白條紋，如圖2.3.6a所示。他遮住一個狹縫時，屏上只有一個紅的光強均勻的光帶；當兩個狹縫均不遮掩時，屏上兩個光帶重合區(qū)出現(xiàn)了紅黑交替的光帶，紅帶相當明亮，其寬度相等；同時，各黑帶的寬度也相等，并且等于紅帶的寬度。因此得出了光是一種波的結(jié)論，明亮的地方，那是因為兩道光正好同相位，即它們的波峰和波谷正好相互增強，這就是所謂的“相長干涉”，結(jié)果造成了兩倍光亮的效果，如圖2.3.6b所示；而黑暗的那些條紋，則是兩條光反相位，它們的波峰和波谷相對，即所謂的“相消干涉”，正好相互抵消了，如圖2.3.6c所示。

圖2.3.6英國物理學(xué)家托馬斯·楊1801年進行的雙縫干涉實驗

a）雙縫干涉產(chǎn)生明亮相間的光帶b）同相位疊加（相長干涉）形成亮帶

c）反相位疊加（相消干涉）形成暗帶

        與楊氏干涉的雙縫設(shè)計不同，奧古斯丁·讓·菲涅爾（Augustin-Jean Fresnel，1788—1827年）采用小孔干涉實驗，證實了光束通過小孔時，能夠產(chǎn)生一圈圈明暗相間的同心圓，如圖2.3.7所示。菲涅爾的干涉實驗再一次有力證明了光的波動說，因此在1819年獲得了巴黎科學(xué)院的大賽獎。

圖2.3.7光的弗瑯荷費衍射

a）裂縫衍射b）裂縫a可劃分成N個孔徑為δy的點光源c）小孔衍射光斑

       19世紀早期由托馬斯·楊和菲涅爾所演示的雙縫干涉實驗和小孔干涉實驗為惠更斯的理論提供了實驗依據(jù)，這些實驗顯示，當光穿過網(wǎng)格時，可以觀察到一個干涉光斑，與水波的干涉行為十分相似。

        聲波在傳播過程中可以彎曲和偏轉(zhuǎn)，光波也有類似的特性，例如一束光在遇到障礙物時也彎曲傳播，盡管這種彎曲很小。圖2.3.7a表示準直光通過孔徑為a的小孔時發(fā)生光的偏轉(zhuǎn)，形成明暗相間的光強花紋，稱為彌散（愛里）環(huán)，這種現(xiàn)象稱為光的衍射，光強的分布圖案稱為衍射光斑。顯然，衍射光斑與光通過小孔時產(chǎn)生的幾何陰影并不相符。

       衍射可以理解為從小孔發(fā)射出的多個光波的干涉。我們考慮一個平面光波入射到長為a的裂縫中，根據(jù)惠更斯-菲涅爾（Huygens-Fresnel）原理，每個波前上沒有被遮擋的點在給定的間隔都可以作為球面二次波光源，其頻率與首次波的頻率相同，在遠處任一點光場的幅度是所有這些波的幅度和相位的疊加。當平面波到達裂縫時，裂縫上的點就變成相干的球面二次波光源，這些球面波干涉構(gòu)成新的波前，是這些二次球面波波前的包絡(luò)。這些球面波可以相長干涉，不僅在正前方向，而且也在其他適當?shù)姆较虬l(fā)生相長干涉，在觀察屏幕上出現(xiàn)明亮相間的花紋。衍射實際上就是干涉，它們之間并沒有什么區(qū)別。

       可以把裂縫寬度a劃分成N個相干光源，每個長δy=a/N，如果N足夠大，就可把該光源看作點光源，如圖2.3.7b所示。

       小孔衍射的光斑是明暗相間的衍射花紋，如圖2.3.7c所示。明亮區(qū)對應(yīng)從裂縫上發(fā)出的所有球面波的相長干涉，黑暗區(qū)對應(yīng)它們的相消干涉

       圖2.3.8表示不同入射光波的衍射光斑，圖2.3.8a表示平面入射光波射入一個小孔，射出的光波發(fā)生衍射，在其背后的屏幕上產(chǎn)生光強度變化的光斑（愛里環(huán)），如果屏幕離開小孔足夠遠，屏幕上的光斑就是弗瑯荷費衍射光斑。圖2.3.8b表示尺寸為b×a的方孔產(chǎn)生的衍射光斑。圖2.3.8c和圖2.3.8d表示兩個相距不同的點光源通過小孔后在其后屏幕上產(chǎn)生的衍射光斑，由圖可見，當距離s變得越來越短時，將導(dǎo)致兩個愛里環(huán)圓盤靠得越來越近，最后將難以分辨。