大学物理--光的衍射发展史
光的衍射
光的衍射十七世纪以后人们相继发现自然界中存在着与光的直线传播现象不完全符合的事实，这就是光的波动性的表现．其中最先发现的就是光的衍射现象，并进行了一些实验研究与理论探讨．一、光的衍射现象的发现意大利物理学家格里马第（1618—1663）首先观察到光的衍射现象，在他死后三年出版的书中描写了这个实验．他使光通过一个小孔引入暗室（点光源），在光路中放一直杆，发现在白色屏幕上的影子的宽度比假定光以直线传播所应有的宽度为大．他还发现在影子的边缘呈现2至3个彩色的条带，当光很强时，色带甚至会进入影子里面．格里马第又在一个不透明的板上挖一圆孔代替直杆，在屏幕上就呈现一亮斑，此亮斑的大小要比光线沿直线传播时稍大一些．当时格里马第把这种光线会绕过障碍物边缘的现象称为“衍射”，从此“衍射”一词正式进入了光学中．但当时格里马第未能正确解释这一现象，他知道他所观察到的这一衍射现象是与光的直线传播相矛盾的，也是与当时处在统治地位的光的微粒说相矛盾的．他认为，光是一种稀薄的、感觉不到的光流体．当光遇到障碍物时，就引起这一流体的波动．格里马第把光与水面波进行类比，他认为光的这种衍射现象正类似于将石子抛入水中时，在石子周围会引起水波一样，因为放在光的传播路程上的障碍物在光流体中引起了波动，这些波传播时将超出几何阴影的边界．光的衍射现象的另一个发现者是胡克，在他所著并被看作物理光学开始形成的标志之一的《显微术》一书中，记载了他观察到光向几何影中衍射的现象．牛顿也曾重复过类似的实验，他观察了毛发的影、屏幕的边缘和楔的衍射等，从中得出结论：光粒子能够同物体的粒相互作用，且在它们通过这些物体边缘时发生倾斜．但是这一切没有对光学发展起到应有的影响．二、光的衍射理论的建立1．定性解释光的衍射现象的理论——惠更斯原理．惠更斯在前人工作的基础上，对光的衍射理论作了进一步的发展．在讨论光的传播时，他类比了声音在空气中的传播．以光速的有限性论证了光是媒质的一部分依次地向其他部分传播的一种运动，且和声波、水波一样是球面波．他提出了以他的名字命名的描述光波在空间各点传播的原理——惠更斯原理．该原理可概述如下：光源发出的波面上每一点都可看作一个新的点光源，它们各自向前发出球面次波（或称子波），新的波面是与这些次波波面相切的包络面．如图所示：S为点光源，∑为t时刻自点光源S发出的波面，∑′为t＋τ时刻的波面，虚线所画的半球面为次波波面，半经为Vτ（V为光波在各向同性的均匀介质中的传播速度）．诸次波的包络面即为新波面∑′．惠更斯原理把光的传播归结为波面的传播，用它来定性解释光的衍射现象．如图所示，平面波传播时，为前方宽度为a的开孔所阻挡，故只允许平面波的一部分通过该孔．若按光的直线传播观点，开孔后面的观察屏上只有AB区域内才被平行光照亮，而在AB以外的阴影内应是全暗的．但按惠更斯原理，开孔平面上每一点都可向前发出球面次波，这些次波的包络面在中间是平面，而在边缘处却是弯曲的，即光波通过开孔的边缘不沿原光波方向行进，故波面传到观察屏上，必然使AB外的阴影区内光强不为零，这就是光的衍射现象．惠更斯原理只能对光的衍射现象作定性解释，而不能对观察屏上的衍射光强分布作定量分析．2．定量分析光的衍射现象的理论：惠更斯——菲涅耳原理．菲涅耳在自己的研究工作中，把重点放在光的衍射上，为了克服惠更斯原理的局限性，他基于光的相干性，认为惠更斯原理中属于同一波面上的各个次波的位相完全相同，故这些次波传播到空间任一点都可以相干，他在惠更斯原理中包络面作图法同杨氏干涉原理相结合建立了自己的理论，这就是后人所称的著名的用来分析光的衍射现象的基本原理——惠更斯——菲涅耳原理．它的内容可这种简单叙述：光传播的波面上每点都可以看作为一个新的球面波的次波源，空间任意一点的光扰动是所有次波扰动传播到该点的相干迭加．根据惠更斯——菲涅耳原理，欲求波阵面S在空间某点P产生的振动，需要把波阵面S划分为无穷多个小面积元△S，如图所示：把每个△S看成发射次波的波源，从所有面元发射的次波将在P点相遇．一般说来，由各面元△S到P点的光程是不同的，从而在P点引起的振动，其振幅正比于△S，而反比于从△S 到P点的距离r，并且和r与△S的法线之间的夹角α有关，至于次波在P点所引起振动的位相与r有关．由此可见，应用惠更斯——菲涅耳原理去解决具体问题，实际上是个积分问题．在一般情况下其计算是比较复杂的．但是对于一些特定条件下的衍射，处理则可简化．这样，惠更斯——菲涅耳原理克服了惠更斯原理的不足，为定量分析和计算光的衍射光强分布提供了理论依据．三、光的衍射实验的典型分析1．菲涅耳衍射实验分析①圆孔衍射，将一束光（如激光）投射在一个小圆孔上（圆孔可用照相机物镜中的光阑）在距离孔1—2米处放置一块毛玻璃屏，则在屏上可以观察到小圆孔的衍射花样．其实验如图所示．②圆屏衍射．当一点光源发出的光通过圆屏边缘时在屏上也将发生衍射现象． 运用惠更斯——菲涅耳原理可分析出，不论圆屏的大小与位置怎样，圆屏几何影子的中心永远有光．如果圆屏足够小，只遮住中心带的一部分，则光看起来可完全绕过它，除了圆屏影子中心有亮点外没有其它影子．这个初看起来似乎是荒唐的结论，是泊松于1818年在巴黎科学院研究菲涅耳的论文时，把它当作菲涅耳论点谬误的证据提出来的．但阿拉果做了相应的实验，证实了菲涅耳的理论的正确性．③菲涅耳波带片．根据菲涅耳半波带的分析，可制作一种在任何情况下，合成振动的振幅均为各半波带在考察点所产生的振动振幅之和，这样做成的光学元件叫做菲涅耳波带片（简称波带片）．波带片的制法可先在绘图纸上画出半径正比于序数K 的平方根的一组同心圆，把相间的波带涂黑，然后用照像机拍摄在底片上，该底片即为波带片．另外还可通过光刻腐蚀工艺，获得高质量的波带片．波带片还可分为同心环带波带片、长条形波带片、方形波带片等．波带片可代替普通透镜，并具有许多优点．菲涅耳波带片给惠更斯——菲涅耳原理提供了令人信服的证据．2．夫琅和费衍射①单缝衍射．夫琅和费在1821年～1822年间研究了观察点和光源距障碍物都是无限远（平行光束）时的衍射现象．在这种情况下计算衍射花样中光强的分布时，数学运算就比较简单．所谓光源在无限远，实际上就是把光源置于第一个透镜的焦平面上，使之成为平行光束；所谓观察点在无限远，实际上是在第二个透镜的焦平面上观察衍射花样．在使用光学仪器的多数情况下，光束总是要通过透镜的，因而这种衍射现象经常会遇到，而且由于透镜的会聚，衍射花样的光强将比菲涅耳衍射花样的光强大大增加．夫琅和费单缝衍射的光强分布的计算与衍射花样的特点可由惠更斯——菲涅耳原理计算与分析得出．②圆孔衍射．如果在观察单缝衍射的装置中，用一小圆孔代替狭缝，设仍以激光为光源那么在透镜L2的焦平面上可得圆孔衍射花样．其光强分布及衍射花样四、光的衍射现象与光的直线传播的联系惠更斯——菲涅耳原理主要是措出了同一光波面上所有各点所发次波在某一给定观察点的迭加．从这里很容得出结论：当波面完全不遮蔽时，所有次波在任何观察点迭加的结果乃形成光的直线传播．如果波面的某些部分受到遮蔽，或者说波面不完整，以致这些部分所发次波不能到达观察点，迭加时缺少了这些部分次波的参加，便发生了有明暗条纹花样的衍射现象．至于衍射现象是否显著，则和障碍物的线度及观察的距离有关．总之不论是否直线传播，也不论有无显著的衍射花样出现，光的传播总是按惠更斯——菲涅耳原理的方式进行．光的直线传播只是衍射现象的极限表现．这样通过惠更斯——菲涅耳原理的理论解释，进一步揭示了光的直线传播与衍射现象的内在联系，使光的衍射理论得到了进一步的发展和完善．光的本质——波动说与微粒说的交锋十七世纪初，在天文学和解剖学等相关学科的推动下，并伴随着光学仪器的发明和制造，光学——这一曾经神秘的领域也被卓越的科学探秘者开拓出了一块醒目的空间。
光的衍射发展史
光的衍射发展史姓名：xx学院：x学院班级：xx专业：xxx学号：xxx日期：2012年10月13日光的衍射发展史摘要：凡是不能用反射或折射予以解释的光偏离直线传播的现象称为光的衍射。
通常我们生活中观察到的衍射现象是由不透明的障碍物引起的，而当光通过光学厚度不等的完全透明的三维障碍物(如带有空气泡的玻片、透明的生物标本等)时，在各处的相位延迟不一样，也会发生衍射现象。
总之当光波在传播路径中遇到障碍物时，不管障碍物是透明的或不透明的，只要波前受阻区域上得振幅和相位或二者之一的分布发生了改变，均会发生衍射现象。
关键词：光的衍射、菲涅尔衍射、惠更斯原理、惠更斯-菲涅尔原理、菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式。
背景：光在传播的过程中能绕过障碍物边缘，偏离直线传播，而进入几何阴影，并出现光强分布不均匀的现象。
光波的波长比声波的波长短很多，这也是为什么人们最先意识到声波的衍射而往往把光波的衍射当成直线的传播。
光的衍射是光的波动性的重要标志之一，所以从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展做出了巨大贡献。
论述：一、光的衍射现象的发现最早发现衍射现象的是意大利物理学家格里马迪,在他1665年出版的书中记载了光线通过棍棒后的强弱分布,发现光的分布没有截然的边界,不能用当时通行的光的微粒说来解释。
此外，光的衍射现象的另一个发现者是胡克，在他所著的《显微术》一书中，记载了他观察到光向几何影中衍射的现象．牛顿也曾重复过类似的实验，他观察了屏幕的边缘的衍射，从中得出结论：光粒子能够同物体的粒子相互作用，且在它们通过这些物体边缘时发生倾斜。
二、衍射现象的解释与研究过程(1)在1960年荷兰物理学家惠更斯发表的《论光》一书中提出波面上每一点都可看作一个次级扰动中心，它产生球面次波，这些次波的包络面就是次一时刻的波面。
如图(a)和(b)，图中v表示波速，S1为t时刻的波面，S2为按照惠更斯原理作出的t+γ时刻的波面。
大学物理基础 光的衍射
x0 2 f tan1 2 f1 2 f λ a l0
4.相邻条纹间距 •相邻暗纹间距
( k 1)f kf f l0 x x k1 x k a a a 2 [2( k 1) 1]f (2k 1)f x x k1 x k 2a 2a f l0 2 a
f
用平行光垂直 照射在光栅上， 相邻两条光线 的光程差
b a d
k
f
( a b) sin d sin
光栅方程
( a b) sin k ( k 0,1,2) 加强
二、主极大条纹
x f tg
b a d
k
当 角很小时
f
o x
A C
a
f
o x
P L x ftg f sin ， 角很小 kf ( k 1,2) 暗纹 a x f 2k 1） （ ( k 1,2) 明纹 2a 中央明纹 0
B
1. 暗纹位置
A C
a
f
o x
3 2 1
P L kf x a f x1 两条，对称分布屏幕中央两侧。 a 其它各级暗纹也两条，对称分布。
D
2
f
d
d 2 2.44 f D
D 越大 越小，衍射 现象越不显著。
光学仪器分辨率 一般光学仪器成像，可以看成圆孔衍 射。由于衍射现象，会使图像边缘变得模 糊不清，使图像分辨率下降。
2.瑞利判据 •两个点光源相距较远，能分辨。
S1 S2
0
两点光源靠近 •两爱里斑中心距离为爱里斑的半径时， 恰能分辨----瑞利判据。
光的干涉与衍射的历史演变与光学技术的进步光学工程的创新
光的干涉与衍射的历史演变与光学技术的进步光学工程的创新光学是研究光的传播、发生干涉与衍射等现象的科学，其应用广泛，涉及到诸多领域，如光学显微镜、激光技术、光纤通信等。
光的干涉与衍射是光学学科的重要内容，它们的历史演变与光学技术的进步密不可分，推动了光学工程的创新。
一、光的干涉与衍射的历史演变人们对光的干涉现象的研究可以追溯到公元前300年的古希腊时期。
希腊数学家泰勒斯首次提出了光的直线传播以及光的反射现象，并对光的干涉现象产生了兴趣。
随后，在公元二世纪，希腊学者托勒密进一步研究了光的衍射现象，并通过实验得出了一些具体结论。
到了十七世纪，荷兰科学家惠更斯的双缝实验成为了光的干涉研究的里程碑。
这个实验利用两个相近的狭缝，将光分为两道，然后通过叠加实现干涉现象。
这一实验揭示了光的波动性质，并进一步推动了光学学科的发展。
十九世纪，光的干涉与衍射的研究进入了一个新的时期。
英国物理学家托马斯·杨提出了杨氏干涉实验，这个实验通过用光束照射物体，观察投影的干涉条纹，得出了光的干涉与衍射理论的重要结论。
此外，法国科学家菲涅耳也在光的干涉与衍射研究方面做出了重要贡献，他提出了菲涅耳衍射理论，并将其应用于光学元件的设计与制造。
二、光学技术的进步与光的干涉与衍射的关系光学技术的不断进步推动了光的干涉与衍射理论的发展与应用。
例如，光学显微镜的发展使得人们可以观察到微小物体的细节，从而深入研究干涉与衍射现象。
激光技术的发展则为干涉与衍射实验提供了更加稳定、准确的光源。
在现代光学技术中，光的干涉与衍射应用广泛。
例如，干涉仪是利用光的干涉原理设计与制造的仪器，可以用于测量光的波长、薄膜厚度等，广泛应用于光学测量、光纤通信等领域。
另外，光的衍射现象也在光学显微镜、激光制备等方面得到了广泛应用。
三、光学工程的创新光学工程是将光学知识与工程应用相结合，致力于研究与开发光学器件、光学系统及其应用的领域。
光的干涉与衍射是光学工程中的重要基础，光学工程的创新离不开对光的干涉与衍射现象的深入研究。
大学物理第15章a光的衍射课件
(a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 ···
2、暗纹条件 暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。
( a b ) sin ( k n )
N
k 0,1,2,
k — 主极大级数 N — 光栅缝总数
n为正整数 n 1,2,N 1
在两个相邻主极大之间， 分布着N-1条暗条纹和N-2条次级明条纹。
缺级条件:
光栅衍射加强条件：
(a b)sin k
单缝衍射极小条件: a sin k '
两式相比得
缺级条件: a b k (式中k和k必须为整数) a k'
缺级级数为： k a b k a
(k 1, 2,3 )
当 a b k 4时 a k'
谱线中的第 –8、 – 4、4、8级条纹缺级。
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
d a b
f
单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化。 衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。
如果让平行光照射整个光栅，那么每个单缝在 屏上所产生的振幅情况是完全一样的。在单缝的情 况下振幅为零的地方迭加起来的合振幅仍为零。但 振幅不为零的地方，其位置仍没有变，但振幅变大 了，光强变大了。
个单缝上。如果所用的单缝的宽度a=1mm，缝后紧挨
着的薄透镜焦距f=100cm，求：(a)第一级暗纹到衍
射图样中心的距离；(b)中央明条纹的角宽度；
(c)中央亮纹的线宽度。
解： (a)
a sin0
atg0
a
x f
一级暗纹条件
x f 10010 5000107 mm 0.5mm
浙江大学《大学物理》课件光的衍射1
这是具体的白光单缝夫琅禾费衍射
光的衍射
单缝夫琅禾费衍射图样特征的讨论： ③衍射效应还与缝宽 a、入射光的波长 密切相关。 只有 a~ 才有明显的衍射效应
分析书上P49页例17.1，注意各种物理量单位的统一
【例题】用单色平行光垂直照射到宽度为 a=0.5mm的单缝上， 在缝后放置一个焦距为 f=100cm的透镜，则在焦平面的屏幕 上形成衍射条纹，若在离屏上中央明纹中心距离为1.5mm处 的P点为一亮纹，试求： ①入射光的波长；②P点条纹的级数和该条纹对应的衍射角； ③狭缝处波面可分为几个半波带；④中央明纹的宽度。
②原中央明纹变为3 个小明纹，相当于 插入二条暗纹
光的衍射
2.振幅矢量叠加法：（只须了解其基本原理）
sinu u I A2 sin 2u 2 2 I 0 A0 u A A0
光的衍射
四、光栅衍射：
任何能周期性地分割波阵面的衍射屏------衍射光栅，相邻 两缝（或刻痕）中心间距称为光栅常数-----d
光的衍射
光栅衍射的整个过程是平行光先经各个单缝衍射后，再 进行多光束干涉！ 对光栅的每一条缝而言，单缝衍射的结论完全适用，故 光栅的衍射条纹应看作单缝衍射和多光束干涉的综合结果。
光的衍射
多缝衍射的明暗情况：
相邻的两个主 极大之间均有 N 1个极小 N 2个次极大
光的衍射
光的衍射
光栅衍射条纹的明暗条件为： dsin k k 0,1, 2,...主极大 k dsin k 1, 2,..., N 1, N 1,...极小 N
光的衍射
三、单缝夫琅禾费衍射：
原来垂直入射的平行光经过衍射能出射各种角度的平行光， 到达观察屏的光的强度是各个平行衍射光的相干叠加。
x射线衍射发展史
x射线衍射发展史x射线衍射是一种通过射线的散射效应来观察物质结构的方法。
它的发现和发展为理解原子和晶体结构提供了重要的工具。
本文将探索x 射线衍射的发展史，从草创阶段到现代应用的多个方面进行介绍。
一、发现x射线x射线的历史可以追溯到1895年，当时物理学家威廉·康拉德·伦琴在进行关于阴极射线的实验时偶然发现了一种特殊的射线。
伦琴将阴极射线管罩上了厚纸板，发现在荧光屏后依然能够看到一种暗淡的光。
这种无法被纸板阻挡的射线后来被称为x射线。
二、初期研究与实验随着x射线的发现，科学家们开始对它进行探索。
1896年，另一位科学家康拉德·威廉·伦琴发现x射线能够通过人体并对感光板产生影响。
这一发现引起了人们对于x射线对人体健康的关注。
在接下来的几年里，科学家们开始研究x射线的特性，包括它的折射、散射和吸收等。
这些实验为后来的x射线衍射研究奠定了基础。
三、布拉格的贡献20世纪初，威廉·劳伦斯·布拉格和他的儿子威廉·亨利·布拉格对于晶体结构的研究做出了重要贡献。
他们发现，当x射线通过晶体时，会发生衍射现象。
布拉格父子利用数学公式和实验观测数据，确定了x 射线衍射的关键条件，并提出了布拉格方程。
布拉格方程描述了入射光束与晶体晶面之间的角度关系，从而使得晶体结构可以通过x射线衍射进行分析。
布拉格的贡献为后来的晶体学和材料科学做出了巨大的贡献，并为他们赢得了1915年的诺贝尔物理学奖。
四、晶体结构的解析布拉格的发现在晶体学和材料科学领域产生了革命性的影响。
通过x射线衍射，科学家们能够分析晶体的结构，测量晶胞常数和晶面间距，并推断出原子的排列方式。
在20世纪早期，x射线衍射技术在矿物学和金属学领域得到广泛应用。
例如，科学家们利用x射线衍射确认了钻石和金刚石的晶格结构，并探索了其他宝石的特殊性质。
随着仪器和技术的不断发展，x射线衍射的应用领域逐渐扩大。
《大学物理》光的衍射(一)ppt课件
2 3
显微镜的分辨率
利用光的衍射现象，显微镜能够分辨出非常微小 的物体或结构，其分辨率受到光源波长和物镜数 值孔径的限制。
摄影镜头的分辨率
摄影镜头通过控制光的衍射，可以在底片上形成 清晰的像，镜头的分辨率决定了照片的清晰度。
2024/1/24
激光全息技术在光学信息存储、三维显示和防伪等领域的应用
利用全息技术实现高密度光学信息存储、真彩色三维显示以及高级防伪措施等。
22
06
总结与展望
Chapter
2024/1/24
23
本节内容回顾与总结
光的衍射现象及其分类
介绍了光的衍射现象，包括菲涅尔衍射和夫 琅禾费衍射等，以及它们的特点和应用。
8
衍射图样分析
01
02
03
中央明纹
在屏幕中心形成的最亮区 域，宽度约为其他明纹的 两倍。
2024/1/24
明暗相间条纹
在中央明纹两侧形成一系 列明暗相间的条纹，离中 心越远，明纹亮度越低， 暗纹越暗。
条纹间距
相邻明纹或暗纹之间的距 离，与波长、缝宽和观察 距离有关。
9
缝宽对衍射图样的影响
缝宽增加
明暗条纹的间距减小，且离中央 明纹越远的明纹亮度越低。
2024/1/24
双缝间距减小
明暗条纹的间距增大，且离中央明 纹较远的明纹亮度也有所提高。
极限情况
当双缝间距趋近于零时，双缝衍射 图样趋近于单缝衍射图样。
14
04
光的衍射在生活中的应用
Chapter
2024//24
15
光学仪器的分辨率
大学物理-6 第19章 光的衍射-PPT课件
~ ~。 i P
i 1
N
第5节 光的衍射
1，光栅光强
o
Im Δ N Δ f
四,多缝——光栅衍射
Δf Δf
P
0 90 Δ f/ 2
~ / 2 R sin ( Δ f / 2 ),
~ i
P
b
Δf / 2
a
~ i
~ i ~ i
~ 2 R sin ( N Δ f / 2 ) 2 R sin ( Δ / 2 )
sin sin( N ) ~ e P AS sin
t 2 i T
。
第5节 光的衍射
2，光栅衍射特点 P点的光强为
四,多缝——光栅衍射
光栅衍射
N ) sin sin( II 0 sin
2ห้องสมุดไป่ตู้
2
第5节 光的衍射
i
Re
sin (N Δ f/ 2) d sin ~ i sin (Δ f/ 2) sin (N ) ~ i , sin
~ ~。 i P
i 1
N
第5节 光的衍射
1，光栅光强
o
Im Δ N Δ f
四,多缝——光栅衍射
Δf Δf
~ 3
~ 2
Δf Δf
~ 1
P
Re
在复平面内，N个振动的叠加 N ~ ~。
P
i 1
i
第5节 光的衍射
1，光栅光强
Im
四,多缝——光栅衍射
Δf Δf
0 90 Δ f/ 2
~ / 2 R sin ( Δ f / 2 ),
光的干涉与衍射的历史演变光学的探索之旅
光的干涉与衍射的历史演变光学的探索之旅光学作为自然科学的一个重要分支，研究光的传播和性质，探索光的干涉与衍射的历史演变是光学领域中的重要课题。
本文将带您踏上一段探索光学历史的旅程，了解光的干涉与衍射的发现与演变。
1. 古代对光的探索在古代，人们对于光的性质并没有深入的认识，只知道光能够照亮物体。
然而，古代科学家们对于光的质朴观察却为光学的发展奠定了基础。
早在公元前5世纪，古希腊哲学家伊壁鸠鲁便提出了光的直线传播理论，认为光是由眼睛发出的“视线”与物体相交所产生的现象。
而后，古希腊哲学家亚里士多德则认为光是由物体发出的，对光的传播提出了“出发于亮处，止于暗处”的观点。
2. 光的干涉的发现到了17世纪，英国科学家牛顿在光的研究中做出了重要贡献。
他进行了一系列实验，证明了光是由多种颜色组成的。
然而，直到18世纪，干涉现象的发现才进一步推动了光学的发展。
1801年，英国物理学家托马斯·杨利用两个狭缝实验装置观察到光的干涉现象。
他发现，当光线通过两个狭缝后，会在干涉屏上形成明暗相间的干涉条纹。
这个发现引起了科学界的广泛关注，对干涉现象的研究成为当时的热点之一。
1831年，法国物理学家菲涅耳进一步发展了干涉理论，提出了杨-菲涅耳干涉定律。
他的工作为后来光的波动理论的发展奠定了基础，也为光的干涉现象的进一步研究开辟了新的方向。
3. 光的衍射的发现与光的干涉相似，光的衍射也是在18世纪被发现的重要现象。
衍射是指光通过障碍物边缘后的弯曲和扩散现象，德国物理学家弗朗茨·格拉马于1802年在实验中首次观察到光的衍射现象。
格拉马采用了圆形光波开口实验，发现光经过圆形孔后在观察屏上形成了明暗相间的衍射环。
这一现象进一步验证了光的波动理论，推动了光学研究的发展。
在19世纪，光的波动性理论逐渐成为光学的主流。
最终，波动理论的发展为干涉与衍射的深入研究提供了坚实的理论基础。
4. 光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射在科学和技术领域中具有重要的应用价值。
大学物理--光的衍射发展史
光的衍射发展史摘要：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展作出了巨大贡献。
关键词：【干涉现象】【发现】【惠更斯-菲涅耳原理】【应用】【发展】【原因】背景：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。
同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。
波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。
论述：1.光的干涉现象光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。
实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。
例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。
光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。
把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。
光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。
事实上，机械波也有直线传播的现象。
超声波就具有明显的方向性。
普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。
在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。
微波一般也同样是以直线传播的。
衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。
只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。
声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。
一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。
大学物理实验光的衍射背景资料
光的衍射十七世纪以后人们相继发现自然界中存在着与光的直线传播现象不完全符合的事实，这就是光的波动性的表现．其中最先发现的就是光的衍射现象，并进行了一些实验研究与理论探讨．一、光的衍射现象的发现意大利物理学家格里马第（1618—1663）首先观察到光的衍射现象，在他死后三年出版的书中描写了这个实验．他使光通过一个小孔引入暗室（点光源），在光路中放一直杆，发现在白色屏幕上的影子的宽度比假定光以直线传播所应有的宽度为大．他还发现在影子的边缘呈现2至3个彩色的条带，当光很强时，色带甚至会进入影子里面．格里马第又在一个不透明的板上挖一圆孔代替直杆，在屏幕上就呈现一亮斑，此亮斑的大小要比光线沿直线传播时稍大一些．当时格里马第把这种光线会绕过障碍物边缘的现象称为“衍射”，从此“衍射”一词正式进入了光学中．但当时格里马第未能正确解释这一现象，他知道他所观察到的这一衍射现象是与光的直线传播相矛盾的，也是与当时处在统治地位的光的微粒说相矛盾的．他认为，光是一种稀薄的、感觉不到的光流体．当光遇到障碍物时，就引起这一流体的波动．格里马第把光与水面波进行类比，他认为光的这种衍射现象正类似于将石子抛入水中时，在石子周围会引起水波一样，因为放在光的传播路程上的障碍物在光流体中引起了波动，这些波传播时将超出几何阴影的边界．光的衍射现象的另一个发现者是胡克，在他所著并被看作物理光学开始形成的标志之一的《显微术》一书中，记载了他观察到光向几何影中衍射的现象．牛顿也曾重复过类似的实验，他观察了毛发的影、屏幕的边缘和楔的衍射等，从中得出结论：光粒子能够同物体的粒相互作用，且在它们通过这些物体边缘时发生倾斜．但是这一切没有对光学发展起到应有的影响．二、光的衍射理论的建立1．定性解释光的衍射现象的理论——惠更斯原理．惠更斯在前人工作的基础上，对光的衍射理论作了进一步的发展．在讨论光的传播时，他类比了声音在空气中的传播．以光速的有限性论证了光是媒质的一部分依次地向其他部分传播的一种运动，且和声波、水波一样是球面波．他提出了以他的名字命名的描述光波在空间各点传播的原理——惠更斯原理．该原理可概述如下：光源发出的波面上每一点都可看作一个新的点光源，它们各自向前发出球面次波（或称子波），新的波面是与这些次波波面相切的包络面．如图所示：S为点光源，∑为t时刻自点光源S发出的波面，∑′为t＋τ时刻的波面，虚线所画的半球面为次波波面，半经为Vτ（V为光波在各向同性的均匀介质中的传播速度）．诸次波的包络面即为新波面∑′．惠更斯原理把光的传播归结为波面的传播，用它来定性解释光的衍射现象．如图所示，平面波传播时，为前方宽度为a的开孔所阻挡，故只允许平面波的一部分通过该孔．若按光的直线传播观点，开孔后面的观察屏上只有AB区域内才被平行光照亮，而在AB以外的阴影内应是全暗的．但按惠更斯原理，开孔平面上每一点都可向前发出球面次波，这些次波的包络面在中间是平面，而在边缘处却是弯曲的，即光波通过开孔的边缘不沿原光波方向行进，故波面传到观察屏上，必然使AB外的阴影区内光强不为零，这就是光的衍射现象．惠更斯原理只能对光的衍射现象作定性解释，而不能对观察屏上的衍射光强分布作定量分析．2．定量分析光的衍射现象的理论：惠更斯——菲涅耳原理．菲涅耳在自己的研究工作中，把重点放在光的衍射上，为了克服惠更斯原理的局限性，他基于光的相干性，认为惠更斯原理中属于同一波面上的各个次波的位相完全相同，故这些次波传播到空间任一点都可以相干，他在惠更斯原理中包络面作图法同杨氏干涉原理相结合建立了自己的理论，这就是后人所称的著名的用来分析光的衍射现象的基本原理——惠更斯——菲涅耳原理．它的内容可这种简单叙述：光传播的波面上每点都可以看作为一个新的球面波的次波源，空间任意一点的光扰动是所有次波扰动传播到该点的相干迭加．根据惠更斯——菲涅耳原理，欲求波阵面S在空间某点P产生的振动，需要把波阵面S划分为无穷多个小面积元△S，如图所示：把每个△S看成发射次波的波源，从所有面元发射的次波将在P点相遇．一般说来，由各面元△S到P点的光程是不同的，从而在P点引起的振动，其振幅正比于△S，而反比于从△S 到P点的距离r，并且和r与△S的法线之间的夹角α有关，至于次波在P点所引起振动的位相与r有关．由此可见，应用惠更斯——菲涅耳原理去解决具体问题，实际上是个积分问题．在一般情况下其计算是比较复杂的．但是对于一些特定条件下的衍射，处理则可简化．这样，惠更斯——菲涅耳原理克服了惠更斯原理的不足，为定量分析和计算光的衍射光强分布提供了理论依据．三、光的衍射实验的典型分析1．菲涅耳衍射实验分析①圆孔衍射，将一束光（如激光）投射在一个小圆孔上（圆孔可用照相机物镜中的光阑）在距离孔1—2米处放置一块毛玻璃屏，则在屏上可以观察到小圆孔的衍射花样．其实验如图所示．②圆屏衍射．当一点光源发出的光通过圆屏边缘时在屏上也将发生衍射现象． 运用惠更斯——菲涅耳原理可分析出，不论圆屏的大小与位置怎样，圆屏几何影子的中心永远有光．如果圆屏足够小，只遮住中心带的一部分，则光看起来可完全绕过它，除了圆屏影子中心有亮点外没有其它影子．这个初看起来似乎是荒唐的结论，是泊松于1818年在巴黎科学院研究菲涅耳的论文时，把它当作菲涅耳论点谬误的证据提出来的．但阿拉果做了相应的实验，证实了菲涅耳的理论的正确性．③菲涅耳波带片．根据菲涅耳半波带的分析，可制作一种在任何情况下，合成振动的振幅均为各半波带在考察点所产生的振动振幅之和，这样做成的光学元件叫做菲涅耳波带片（简称波带片）．波带片的制法可先在绘图纸上画出半径正比于序数K 的平方根的一组同心圆，把相间的波带涂黑，然后用照像机拍摄在底片上，该底片即为波带片．另外还可通过光刻腐蚀工艺，获得高质量的波带片．波带片还可分为同心环带波带片、长条形波带片、方形波带片等．波带片可代替普通透镜，并具有许多优点．菲涅耳波带片给惠更斯——菲涅耳原理提供了令人信服的证据．2．夫琅和费衍射①单缝衍射．夫琅和费在1821年～1822年间研究了观察点和光源距障碍物都是无限远（平行光束）时的衍射现象．在这种情况下计算衍射花样中光强的分布时，数学运算就比较简单．所谓光源在无限远，实际上就是把光源置于第一个透镜的焦平面上，使之成为平行光束；所谓观察点在无限远，实际上是在第二个透镜的焦平面上观察衍射花样．在使用光学仪器的多数情况下，光束总是要通过透镜的，因而这种衍射现象经常会遇到，而且由于透镜的会聚，衍射花样的光强将比菲涅耳衍射花样的光强大大增加．夫琅和费单缝衍射的光强分布的计算与衍射花样的特点可由惠更斯——菲涅耳原理计算与分析得出．②圆孔衍射．如果在观察单缝衍射的装置中，用一小圆孔代替狭缝，设仍以激光为光源那么在透镜L2的焦平面上可得圆孔衍射花样．其光强分布及衍射花样四、光的衍射现象与光的直线传播的联系惠更斯——菲涅耳原理主要是措出了同一光波面上所有各点所发次波在某一给定观察点的迭加．从这里很容得出结论：当波面完全不遮蔽时，所有次波在任何观察点迭加的结果乃形成光的直线传播．如果波面的某些部分受到遮蔽，或者说波面不完整，以致这些部分所发次波不能到达观察点，迭加时缺少了这些部分次波的参加，便发生了有明暗条纹花样的衍射现象．至于衍射现象是否显著，则和障碍物的线度及观察的距离有关．总之不论是否直线传播，也不论有无显著的衍射花样出现，光的传播总是按惠更斯——菲涅耳原理的方式进行．光的直线传播只是衍射现象的极限表现．这样通过惠更斯——菲涅耳原理的理论解释，进一步揭示了光的直线传播与衍射现象的内在联系，使光的衍射理论得到了进一步的发展和完善．光的本质——波动说与微粒说的交锋十七世纪初，在天文学和解剖学等相关学科的推动下，并伴随着光学仪器的发明和制造，光学——这一曾经神秘的领域也被卓越的科学探秘者开拓出了一块醒目的空间。
大学普通物理光的衍射
(11)
2πR rm 2πR r0 + m 2 ∆S m = ∫rm−1rdr = R + r0 ∫r0 + ( m −1) λ2 rdr R + r0 1 λ π Rλ [r0 + ( m − ) ] = R + r0 2 2 π Rλ ∆S m
R + r0 π Rλ ∴ Am ∝ K (θ ) R + r0 ∴ A1＞ A2＞ A3＞ L ＞ Am rm
其中k=2π/λ πλ 其中
AQ ( R ) K (θ ) r
cos(ω t − kr )dS
(7)
S面在 点的光振动 面在P点的光振动 面在 点的光振动:
E=∫ C
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A (R)K(θ ) Q
E 或 =∫ C
S
r A (R)K(θ ) Q
cos(ωt − kr) ⋅ dS
r
e-i (ωt −kr)dS 菲涅耳积分
如右上图: 第一个波带被分为N个细环带 各个细环带在P点的 个细环带,各个细环带在 如右上图 第一个波带被分为 个细环带 各个细环带在 点的 振幅矢量其大小逐个递减,其相位逐个相差 振幅矢量其大小逐个递减 其相位逐个相差 π / N
m=1 r 个波带在P点处的振幅矢量 个波带在 Am : 第m个波带在 点处的振幅矢量
(24)
二、半波带法定明暗纹条件 1.半波带法 半波带法(half-wave zone method): 半波带法 三个半波带
B
四个半波带
θ
C
θ
A
{
2.明暗纹条件 明暗纹条件: 明暗纹条件 λ a ⋅sinθ = 2k
AC = 3⋅ 2 λ
光的干涉与衍射的历史发展与实验解释
光的干涉与衍射的历史发展与实验解释从古代的光的干涉与衍射的实验探索，到现代的科学技术应用，光的干涉与衍射一直是光学领域中的重要研究内容。
本文将追溯光的干涉与衍射的历史发展，介绍相关实验解释，并探讨其在实际应用中的意义。
一、历史发展光的干涉与衍射的研究可以追溯到古希腊时期，当时人们对光的传播和行为产生了浓厚的兴趣。
然而，直到17世纪初，科学家才开始系统地研究光的干涉与衍射现象。
伽利略·伽利雷是最早对光的干涉与衍射进行实验研究的科学家之一。
1648年，意大利科学家弗朗西斯科·格里马尔季（Francesco Grimaldi）进行了著名的“光的衍射实验”。
他在一个狭缝后放置了一个板，然后让光线通过狭缝射向屏幕。
他观察到在屏幕上形成了一系列明暗条纹，这一现象被称为“格里马尔季条纹”。
随后，光的干涉现象也开始受到重视。
1678年，英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）通过一系列实验验证了光的干涉现象。
他使用伽利略的望远镜分束实验装置观察到了干涉的光线。
19世纪，光的干涉与衍射的研究取得了重要的突破。
亚历山大·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）和奥古斯丁·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）等科学家的工作为理解光的干涉与衍射提供了重要的理论基础。
其中，菲涅耳提出了著名的“菲涅耳衍射理论”，对光的衍射现象进行了深入研究。
二、实验解释1. 光的干涉光的干涉是指两束或多束光波相互叠加产生的干涉效应。
当光波的波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时，它们相互增强，产生明亮的干涉条纹。
而当波峰与波谷相互叠加时，它们相互抵消，产生暗亮相间的干涉条纹。
具体的干涉实验有许多种，其中最著名的是杨氏双缝实验。
在杨氏实验中，通过一块有两道小孔的屏幕使光通过，并在屏幕的另一侧放置一块接收屏幕。
当光通过两道小孔后，形成的光束相互干涉，从而在接收屏幕上产生明暗条纹。
大学物理-第七章 光的衍射
A2
a
B
三个半波带,呈亮纹, I I0
R
A
L
A1
C
B /2
R
A
L
A1
A2 C
B /2
P Q
o
P Q
o
asin 0
中央明纹中心
a sin 2k k 干涉相消（暗纹）2k个半波带
a sin
2 (2k 1)
2
干涉加强（明纹）
物 偏 离 直 线 传 播 ，*
进入几何阴影区， 形成光强不均匀
S 分 布的 现 象。
*
HP
G
二 惠更斯 — 菲涅尔原理
波传到的任何一点都是子波
的波源，各子波在空间某点的相
干叠加，就决定了该点波的强度。
惠更斯 菲涅耳
dS
en
r
Q
P
*
t S ： 时刻波阵面
dS ：波阵面上面元
S
(子波波源)
dE
-2
-1
多光束干涉光强曲线
0
1
sin2N/sin2
N2
2 sin (a /)
-8
-4
光栅衍射 光强曲线
-8
-4
0
4
I N2I0单
单缝衍射 轮廓线
0
4
8 sin (d /) 8 sin (d /)
单缝和多缝的夫琅禾费衍射图样
N=1
N 1
N=2
N 3
N=3
N 5
N=4
N 8
N=5
例：一光栅透光部分a 0.06mm，用波长为600 nm的单色 光垂直照射到光栅上，透镜焦距f 2m，测得屏幕上相邻 条纹间距x 0.4cm.求：(1)在单缝衍射的中央明纹宽度内， 最多可以看到几级明纹？(2)光栅不透光部分宽度b ？
大学普通物理课件第23章-光的衍射
微观粒子波动性探测技术
电子显微镜
电子显微镜是一种利用电子的波动性进行高分辨率成像的技术。在电子显微镜中，电子 束通过电磁透镜聚焦在样品上，经过样品散射后形成衍射图样，最终被探测器接收并转
换为图像。
中子衍射
中子衍射是一种利用中子的波动性探测物质结构的技术。中子与物质相互作用较弱，因 此可以穿透较厚的物质层并产生明显的衍射效应，从而揭示出物质内部的微观结构信息。
一束平行光垂直照射到一 个每厘米刻有5000条刻线 的光栅上，观察屏与光栅 相距2m。求观察到的光谱 中相邻两谱线的距离。
根据光栅衍射公式，相邻两 本题考查了光栅衍射的基
谱线的距离$Delta x =
本公式和应用，需要注意
frac{klambda}{dcostheta} 的是，在实际应用中还需
$，其中k为光谱级数，d为 光栅常数，$theta$为衍射 角。在本题中，k=1， d=1/5000cm，$theta$近
当单色光通过双缝时，在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹。 与单缝衍射条纹相比，双缝干涉条纹更加细锐。
原理分析
双缝干涉是光波通过两个相距较近的小孔时发生的干涉现 象，而衍射是光波遇到障碍物时发生的绕射现象。两者产 生的条纹形状和分布规律不同。
圆盘衍射与泊松亮斑
实验装置
激光器、圆盘、屏幕
实验现象
当单色光照射在圆盘上时，在屏幕阴影中心出现一个亮斑，即泊松亮斑。同时，在亮斑周 围出现明暗相间的圆环状衍射条纹。
光栅方程与光谱分析
光栅方程
光栅方程描述了衍射光波干涉后形成的亮条纹位置与光栅常数、入射光波长及 衍射角之间的关系。
光谱分析
利用光栅的分光作用，可将复合光分解为不同波长的单色光，进而对物质进行 光谱分析，如确定物质成分、测量光谱线波长等。
大学物理--第二章--光的衍射---副本资料
-(/d)
0
/d
-(/4d) /4d
sin
2/d
多光束干涉的结果：在几乎黑暗的背景上出现了 一系列又细又亮的明条纹
2. 单缝衍射的影响 透镜
(1). 光强调制
光栅衍射条纹 λ 是多缝干涉被
θ
a
d
θ
θ
单缝衍射调制
后的结果
f
光强曲线
I
I0单 II0单
衍射光相干叠加
I
sin
-2-2(/d) --1(/d) I0单00I单
2. 光学仪器分辩本领 刚可分辨
S1
D
*
0
*
I
S2
不可分辨
重叠区中心光强是艾里斑中心 光强的80％，人眼恰能分辨。
最小分辨角
1
1.22
D
瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个
象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处),则
此两物点被认为是刚刚可以分辨。
分辨本领 R 1 D 1.22
/d1
2/d 2 sin ( /a)
-2
-1
0
1
2 sin ( /a)
(2). 缺级现象
干涉明纹位置： d sin k，k 0,1,2,
若该方向同时满足单缝衍射暗纹位置，则有：
a sin k ，k 1,2,3,
此时k 级主极大缺级
干涉明纹缺级级次： k d k a
k 1,2,3
K级光栅衍射主极大出现缺级现象
3 P点所在位置为第三级明条纹，
对应缝宽可分为2k+1=7个半波带
§3 光学仪器的分辨本领
1.圆孔的夫琅禾费衍射 相对光
强曲线
衍射屏 L
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光的衍射发展史
摘要：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的
心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展作出了巨大贡
献。
关键词：【干涉现象】【发现】【惠更斯-菲涅耳原理】【应用】【发展】【原因】
背景：
光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。
同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。
波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。
论述：
1.光的干涉现象
光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。
实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。
例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。
光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。
把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。
光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，
如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。
事实上，机械波也有直线传播的现象。
超声波就具有明显的方向性。
普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。
在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。
微波一般也同样是以直线传播的。
衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。
只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。
声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。
一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。
超声波的波长数量级小的只有几毫米，微波波长的数量级也与此类似，通常遇到的障碍物都远较此为大，因而它们一般都可以看作是直线传播。
光波波长约为3.9-7.6×10 cm ，一般的障碍物或孔隙都远大于此，因而通常都显示出光的直线传播现象。
一旦遇到与波长差不多数量级的障碍物或孔隙时，衍射现象就变的显著起来了。
2.光的衍射的发现
光的衍射，是由意大利物理学家格里马尔迪（Grimaldi,Francesco Maria）（1618-1663）发现的。
他发现在点光源的照射下，一根直竿形成的影子要比假定光以直线传播所应有的宽度稍大一些，也就是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进。
后来，他让一束光通过两个（前后排列的）
狭缝后投射到一个空白屏幕上。
他发现，投射到该表面上的光带比进入第一道缝时的光束略微宽些。
所以他认为，这束光在狭缝边缘向外有所弯曲，他把这个现象称为衍射。
这显然是光线绕过障碍的一种情况。
别外，1672 年-1675年间胡克（1635-1703年）也观察到衍射现象。
3. 衍射现象的解释和发展
1815年，菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理，他用此原理计算了各种类型的孔和直边的衍射图样，令人信服地解释了衍射现象。
1815年菲涅耳在不知道托马斯·杨已经做了实验并提出干涉原理的情况下，将一根细直而光滑的线放在点光源发出的光束中，在屏上看到了彩色条纹。
他精心地准确地在屏上测定了从光束的轴线到所产生的条纹的距离。
他注意到，当通过细线一边的光在到达屏之前被别的物体挡住时，屏上影内的光带就消失了。
这个实验正在将菲涅耳引向发现干涉原理。
许多科学家不承认这种现象是由干涉造成的，并按当时流行的错误的衍射理论进行说明。
菲涅耳为了消除人们的反对意见，设计了双面反射镜，这种装置是由两块镜面夹角稍微小于180°的平面金属反射镜接合而成，利用双面反射镜的两部分对某小光源的反射，得到两束相干光，产生了清晰的干涉条纹。
实验中，小光源发出的光与两个小孔或不透明的障碍物的边缘无关，因而完全避开了衍射。
实验的结果，
充分地肯定了光的干涉现象的存在，给那些不承认和怀疑光的干涉现象的人们极为有力的回答。
1815年10月，菲涅耳向法国科学院提交了一篇关于衍射的研究报告。
报告中，他提出了研究分析衍射现象的惠更斯—菲涅耳原理。
其内容如下：波阵面S在空间任意点P所引起的振动，是构成S 的所有波面元ds在P点引起的元振动的矢量和，ds和P点引起的元振动的振幅，正比于它的面积，反比于它到P点的距离，且随衍射角（ds的法线与衍射光线的夹角）θ的增大而缓慢减小；ds 在P点引起的元振动的位相由ds的位相及ds到P点的距离决定。
它的数学表达式写为
其中为光波在空间任意点P引起的合振动，d是P点的元振动，θ为衍射角，K（θ）是随θ增大而缓慢减小的函数，r为波面元dS到P点的距离。
对这一原理的叙述中，我们可以清楚地看到，菲涅耳继承和发扬了惠更斯原理中关于波面与子波的思想，赋予波以频率、振幅和位相的特征，进一步完善了子波的概念，同时他扬弃了惠更斯的包络面，用子波的叠加来解决衍射中空间点处的振动问题，即用光的干涉理论补充和发展了惠更斯原理。
他从根本上指明了，一切衍射条纹本质上都是由于衍射光相干形成的这样一个最基本的事实。
从而菲涅耳将光的干涉与衍射理论
提高到了一个新的水平。
这一原理的提出，是菲涅耳在光学方面的第二项重大贡献。
这一年中，菲涅耳提出了环形半波带法，在解决光源到障碍物与障碍物到屏两个距离中至少有一个为有限远的菲涅耳型衍射方面取得了新的突破。
这种方法，是以圆孔轴线上P点为基准点，将圆孔露出的球冠形波阵面S，带称为半波带，将它看成惠更斯—菲涅耳原理中波面元。
菲涅耳从波动理论出发，在实验中解决了光的直线传播问题，也就自然地解决了影的生成原理，令人信服地回答了惠更斯的波动说所不能圆满解释的一个难题。
与此同时，菲涅耳还指出光的干涉与衍射现象之所以比声音的干涉与衍射现象少见，是因为光波的波长很短导致的。
4.衍射的应用
光的衍射决定光学仪器的分辨本领。
气体或液体中的大量悬浮粒子对光的散射，衍射也起重要的作用。
在现代光学乃至现代物理学和科学技术中，光的衍射得到了越来越广泛的应用。
衍射应用大致可以概括为以下四个方面：
①衍射用于光谱分析。
如衍射光栅光谱仪。
②衍射用于结构分析。
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。
③衍射成像。
在相干光成像系统中,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。
光瞳衍射导出成像仪器的分辨本领。
④衍射再现波阵面。
这是全息术原理中的重要一步。
参考资料：光的衍射
2010/11/2。