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光的衍射 | 光纤光谱仪
发布日期:2024-10-18 09:30:34


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,由此开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。