光的衍射發(fā)展史

光的衍射發(fā)展史姓名：xx學院：x學院班級：xx專業(yè)：xxx

學號：xxx日期：2012年10月13日光的衍射發(fā)展史摘要：凡是不能用反射或折射予以解釋的光偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。通常我們生活中觀察到的衍射現(xiàn)象是由不透明的障礙物引起的，而當光通過光學厚度不等的完全透明的三維障礙物（如帶有空氣泡的玻片、透明的生物標本等）時，在各處的相位延遲不一樣，也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。總之當光波在傳播路徑中遇到障礙物時，不管障礙物是透明的或不透明的，只要波前受阻區(qū)域上得振幅和相位或二者之一的分布發(fā)生了改變，均會發(fā)生衍射現(xiàn)象。關鍵詞：光的衍射、菲涅爾衍射、惠更斯原理、惠更斯-菲涅爾原理、菲涅爾-基爾霍夫衍射積分公式。背景：光在傳播的過程中能繞過障礙物邊緣，偏離直線傳播，而進入幾何陰影，并出現(xiàn)光強分布不均勻的現(xiàn)象。光波的波長比聲波的波長短很多，這也是為什么人們最先意識到聲波的衍射而往往把光波的衍射當成直線的傳播。光的衍射是光的波動性的重要標志之一，所以從衍射的發(fā)現(xiàn)到衍射的應用經(jīng)歷了幾百年的時間，期間花費許多科學家的心血，他們發(fā)揮了驚人的智慧，為光學的發(fā)展做出了巨大貢獻。論述：、光的衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)最早發(fā)現(xiàn)衍射現(xiàn)象的是意大利物理學家格里馬迪，在他1665年出版的書中記載了光線通過棍棒后的強弱分布，發(fā)現(xiàn)光的分布沒有截然的邊界，不能用當時通行的光的微粒說來解釋。此外，光的衍射現(xiàn)象的另一個發(fā)現(xiàn)者是胡克，在他所著的《顯微術》一書中，記載了他觀察到光向幾何影中衍射的現(xiàn)象.牛頓也曾重復過類似的實驗，他觀察了屏幕的邊緣的衍射，從中得出結論：光粒子能夠同物體的粒子相互作用，且在它們通過這些物體邊緣時發(fā)生傾斜。二、衍射現(xiàn)象的解釋與研究過程在1960年荷蘭物理學家惠更斯發(fā)表的《論光》一書中提出波面上每一點都可看作一個次級擾動中心，它產(chǎn)生球面次波，這些次波的包絡面就是次一時刻的波面。如圖(a)和(b),圖中v表示波速，S1為t時刻的波面，S2為按照惠更斯原理作出的t+Y時刻的波面。根據(jù)惠更斯原理可以由前一時刻波面的位置求出次一時刻波面的位置，在各向同性介質中波面的法線就是波的傳播方向，所以惠更斯原理可以解決波面未受阻情況下均勻波的傳播方向問題。但惠更斯原理有很大的局限性，用它不能說明衍射現(xiàn)象。圖(a) 圖(b)在惠更斯原理提出后的一百多年的時間里，波動說并未取得明顯的進展，直到1801年楊氏作了著名的雙縫干涉實驗并用波動理論予以解釋，才為波動說奠定了堅實的基礎。1818年菲涅耳在惠更斯原理的基礎上，補充了描述次波的基本特征一相位和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干疊加”的原理，從而發(fā)展成為惠更斯一菲涅耳原理。這個原理表述為：點光源L在空間某點P所產(chǎn)生的擾動可以看作是波前S上連續(xù)分布的假象的次波源在該點所產(chǎn)生的相干振動的疊加。如圖(c)。圖(c)但是惠更斯-菲涅爾原理只可以計算某些簡單形狀開孔的衍射場，并不能解釋倒退波現(xiàn)象。1882年基爾霍夫利用數(shù)學中的格林公式和一些邊界條件推到出了菲涅爾-基爾霍夫衍射積分公式，為惠更斯-菲涅爾原理奠定了理論基礎，解決了惠更斯-菲涅爾原理無理論支持的問題，進一步完善了光的衍射現(xiàn)象的存在性及規(guī)律性。三、衍射的實際應用光的衍射決定光學儀器的分辨本領。氣體或液體中的大量懸浮粒子對光的散射，衍射也起重要的作用。在現(xiàn)代光學乃至現(xiàn)代物理學和科學技術中，光的衍射得到了越來越廣泛的應用。例如：衍射光柵光譜儀用于光譜分析；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；全息術原理等。結語：光的衍射現(xiàn)象從發(fā)現(xiàn)至今具有重要意義，不僅在科學研究方面，還為人類日常生活帶來了實惠。也許到了技術更加成熟的那一天，我們能利用光的衍射來研制醫(yī)療器材、制造生活用品，幫助我們更加適應這個生活環(huán)境，也更加了解科學背后的秘