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光的衍射

閱讀:879      發布時間:2024-10-17
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光的衍射

光在傳播過程中,遇到障礙物或小孔(窄縫)時,會偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面繼續傳播,這種物理現象,稱為光的衍射。衍射時產生的明暗條紋或光環,稱為衍射圖樣

產生光的衍射需要滿足一定的條件,即障礙物或小孔的尺寸需要與光的波長相當,甚至小于光的波長。由于光的波長很短,通常只有十分之幾微米,因此只有當光射向一個針孔、一條狹縫、一根細絲等尺寸較小的障礙物時,才能清楚地看到光的衍射現象。

其產生的機理是相干光波疊加的結果。當光源發出的光照射到小孔或障礙物上時,小孔處或障礙物的邊緣可以看成許多點光源(根據惠更斯原理)。這些點光源是相干光源,發出的光相互干涉,在光屏上形成明暗相間的條紋。可產生以下衍射類型的圖樣:

1.       單縫衍射:產生明暗相間的不等距條紋。

2.       圓孔衍射:產生明暗相間的不等距圓環。

3.       圓盤衍射:產生明暗相間的不等距圓環,中心有一亮斑,稱為“泊松亮斑"。

根據衍射系統中光源、衍射屏和接收屏的相對距離,可以將衍射現象分為兩類:

1.       菲涅耳衍射:當光源到衍射屏的距離或接收屏到衍射屏的距離不是無限大時,或兩者都不是無限大時所發生的衍射現象。此時,入射光或衍射光不是平行光。

2.       夫瑯禾費衍射:當光源到衍射屏的距離和接收屏到衍射屏的距離都是無限大時,所發生的衍射現象。此時,入射光和衍射到接收屏上任意一點的光都是平行光。夫瑯禾費衍射的條件在實驗室里可借助于透鏡實現。

光的衍射有以下應用分析技術:

光譜分析:如衍射光柵光譜儀。

結構分析:衍射圖樣對精細結構有一種相當敏感的“放大"作用,故而利用圖樣分析結構,如X射線結構學。

衍射成像:在相關光成像系統中,引進兩次衍射成像概念,由此發展成為空間濾波技術和光學信息處理。

全息術:衍射再現波陣面是全息術原理中的重要一步。

晶體結構測定:X光的衍射可用于測定晶體的結構,這是確定晶體結構的重要方法。

光的衍射在我們日常生活中的也無處不在,

1.       陽光透過樹葉縫隙的光斑:陽光穿過樹葉縫隙時,會在地面上形成明暗相間的光斑。

2.       彩虹:彩虹的產生與光的折射和反射有關,但雨滴邊緣的衍射作用也參與其中。

3.       手指擋住陽光時的彩色邊緣:用手指擋住陽光時,會在手指邊緣看到彩色邊緣。

4.       光盤上的彩色條紋:光盤表面的微小凹凸結構會使光線發生衍射,形成彩色條紋。

5.       光柵的衍射:光線照射到具有周期性結構的光柵上時,會發生衍射現象,形成明暗相間的條紋


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