圆孔夫琅和费衍射·物理学院20级 张凯戈

这张照片“圆孔夫琅和费衍射”记录了一个经典的光学实验，揭示了光波通过圆形孔径时的衍射现象。夫琅和费衍射，也称为远场衍射，是指当光波遇到尺寸与波长相当或更大的障碍物时，在远离障碍物的区域观察到的衍射图样。这种现象的特点是，衍射图样的形状和尺寸不会随着观察屏位置的变化而变化，这与近场衍射（菲涅耳衍射）形成鲜明对比。

在夫琅和费衍射中，光波通过圆孔后，会在屏幕上形成以中央明亮斑为中心的同心圆环状图样，这些圆环由交替的明暗条纹组成，且这些条纹之间的距离不等。中央的明亮斑被称为艾里斑，它集中了衍射光能量的大部分，通常占总强度的84%左右。艾里斑的尺寸可以通过衍射角来计算，而衍射角与波长和圆孔的直径有关。

夫琅和费衍射的数学模型基于光波的干涉原理，其中每个圆孔边缘点都可以被视为一个次波源，这些次波源发出的球面波在远离圆孔的区域相互干涉，形成衍射图样。衍射图样的中央亮斑和周围的暗环是由构造性干涉和破坏性干涉产生的，这取决于光波到达不同点的光程差。

此外，夫琅和费衍射图样的特点是，衍射扩展与圆孔的宽度成反比，而与光波的波长成正比。这意味着，波长越长或圆孔越小，衍射现象越不明显。这个原理在光学、光谱学和计量学等领域有广泛应用，例如测量光源波长、圆孔直径和透镜焦距等参数。

总的来说，“圆孔夫琅和费衍射”不仅是对光波衍射现象的一个直观展示，也是对波动光学中干涉和衍射理论的一个实际验证。通过这个实验，我们可以更深入地理解光的波动性质以及它们在实际应用中的重要性。