從單縫夫瑯禾費衍射的圖形來看衍射的定義

王家慧 何志巍 金仲輝

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理系 北京 100083)

有的教材，繪有圖1所示的單縫夫瑯禾費衍射圖[1].相應(yīng)的文字敘述是：“當(dāng)一束平行光垂直照射寬度可與光的波長相比較的狹縫，會繞過縫的邊緣向陰影區(qū)衍射，衍射光經(jīng)透鏡會聚到焦平面的屏幕上，形成衍射條紋，這種條紋叫做單縫衍射條紋.”

圖1

在指出圖1的具體錯誤之前，我們先來重溫一下衍射的定義.衍射較為粗略的定義是：當(dāng)光在空間傳播遇到障礙物時，光的直線傳播定律、反射定律和折射定律不再成立，光在空間發(fā)生彌漫的現(xiàn)象.

衍射的英文詞為diffraction.在20世紀70年代以前出版的《英漢物理學(xué)名詞》一書里，將diffraction譯成衍射、繞射，而此后出版的《英漢物理學(xué)名詞》一書里將它僅譯成衍射，即舍棄了繞射一詞.這種變化多少可以告訴我們，將衍射理解成波在空間傳播遇到障礙物，繞過它傳播是不夠確切的.“衍”字在漢語里有彌漫的意思.所以，可將衍射理解成波在空間傳播遇到障礙物發(fā)生彌漫的現(xiàn)象.

現(xiàn)在來分析圖1的錯誤.由圖1的文字敘述可以知道，單縫被平行光垂直照射，所以圖1中S是放置于透鏡L1前焦點處的點光源.現(xiàn)在設(shè)想將圖1中的單縫取走，如圖2所示.這樣一來，光在空間傳播基本上沒有遇到什么障礙，光在空間直線傳播.由幾何光學(xué)可知，點光源S將在放置于透鏡L2后焦面的屏幕上成一個點像S′.如果在圖2的L1和L2之間加一個寬度遠大于波長的單縫，在屏幕上依然是一個點像S′.如果將單縫寬度變小，達到光波長的數(shù)量級，那么光在空間傳播就遇到了障礙物(狹縫).由于單狹縫的取向是沿著圖3中的x方向.所以可以說，當(dāng)光波射至狹縫上時，光波在x方向上并未遇到障礙，可以自由傳播.而在y方向上由于單縫很窄，光波傳播遇到障礙，發(fā)生了光波的彌漫，即產(chǎn)生了衍射現(xiàn)象.最終在屏幕上所呈現(xiàn)的衍射圖樣是在y方向上展開的，而在x方向上并未展開.

圖2

圖3

由以上討論可知，圖1中屏幕上的衍射條紋形狀是錯誤的，不應(yīng)該是平行于x方向的線條紋，而應(yīng)該是如圖3所示的以“點狀”在y軸上展開.

順便提一句，如果將圖1中的點光源改成平行于單縫的線光源，那么圖1屏幕上的衍射條紋形狀就正確了.

參考文獻

1 馬文蔚.物理學(xué)下冊.北京：高等教育出版社，2006.120