光的衍射

光的衍射

光在传播过程中，遇到障碍物或小孔（窄缝）时，会偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面继续传播，这种物理现象，称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，称为衍射图样。

产生光的衍射是需要满足一定的条件，即障碍物或小孔的尺寸需要与光的波长相当，甚至小于光的波长。由于光的波长很短，通常只有十分之几微米，因此只有当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝等尺寸较小的障碍物时，才能清楚地看到光的衍射现象。

其产生的机理是相干光波叠加的结果。当光源发出的光照射到小孔或障碍物上时，小孔处或障碍物的边缘可以看成许多点光源（根据惠更斯原理）。这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，在光屏上形成明暗相间的条纹。可产生以下衍射类型的图样：

1.       单缝衍射：产生明暗相间的不等距条纹。

2.       圆孔衍射：产生明暗相间的不等距圆环。

3.       圆盘衍射：产生明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑，称为“泊松亮斑”。

根据衍射系统中光源、衍射屏和接收屏的相对距离，可以将衍射现象分为两类：

1.       菲涅耳衍射：当光源到衍射屏的距离或接收屏到衍射屏的距离不是无限大时，或两者都不是无限大时所发生的衍射现象。此时，入射光或衍射光不是平行光。

2.       夫琅禾费衍射：当光源到衍射屏的距离和接收屏到衍射屏的距离都是无限大时，所发生的衍射现象。此时，入射光和衍射到接收屏上任意一点的光都是平行光。夫琅禾费衍射的条件在实验室里可借助于透镜实现。

光的衍射有以下应用分析技术：

光谱分析：如衍射光栅光谱仪。

结构分析：衍射图样对精细结构有一种相当敏感的“放大”作用，故而利用图样分析结构，如X射线结构学。

衍射成像：在相关光成像系统中，引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。

全息术：衍射再现波阵面是全息术原理中的重要一步。

晶体结构测定：X光的衍射可用于测定晶体的结构，这是确定晶体结构的重要方法。

光的衍射在我们日常生活中的也无处不在，如：

1.       阳光透过树叶缝隙的光斑：阳光穿过树叶缝隙时，会在地面上形成明暗相间的光斑。

2.       彩虹：彩虹的产生与光的折射和反射有关，但雨滴边缘的衍射作用也参与其中。

3.       手指挡住阳光时的彩色边缘：用手指挡住阳光时，会在手指边缘看到彩色边缘。

4.       光盘上的彩色条纹：光盘表面的微小凹凸结构会使光线发生衍射，形成彩色条纹。

5.       光栅的衍射：光线照射到具有周期性结构的光栅上时，会发生衍射现象，形成明暗相间的条纹。