从单缝夫琅禾费衍射的图形来看衍射的定义

王家慧 何志巍 金仲辉

(中国农业大学应用物理系 北京 100083)

有的教材，绘有图1所示的单缝夫琅禾费衍射图[1].相应的文字叙述是：“当一束平行光垂直照射宽度可与光的波长相比较的狭缝，会绕过缝的边缘向阴影区衍射，衍射光经透镜会聚到焦平面的屏幕上，形成衍射条纹，这种条纹叫做单缝衍射条纹.”

图1

在指出图1的具体错误之前，我们先来重温一下衍射的定义.衍射较为粗略的定义是：当光在空间传播遇到障碍物时，光的直线传播定律、反射定律和折射定律不再成立，光在空间发生弥漫的现象.

衍射的英文词为diffraction.在20世纪70年代以前出版的《英汉物理学名词》一书里，将diffraction译成衍射、绕射，而此后出版的《英汉物理学名词》一书里将它仅译成衍射，即舍弃了绕射一词.这种变化多少可以告诉我们，将衍射理解成波在空间传播遇到障碍物，绕过它传播是不够确切的.“衍”字在汉语里有弥漫的意思.所以，可将衍射理解成波在空间传播遇到障碍物发生弥漫的现象.

现在来分析图1的错误.由图1的文字叙述可以知道，单缝被平行光垂直照射，所以图1中S是放置于透镜L1前焦点处的点光源.现在设想将图1中的单缝取走，如图2所示.这样一来，光在空间传播基本上没有遇到什么障碍，光在空间直线传播.由几何光学可知，点光源S将在放置于透镜L2后焦面的屏幕上成一个点像S′.如果在图2的L1和L2之间加一个宽度远大于波长的单缝，在屏幕上依然是一个点像S′.如果将单缝宽度变小，达到光波长的数量级，那么光在空间传播就遇到了障碍物(狭缝).由于单狭缝的取向是沿着图3中的x方向.所以可以说，当光波射至狭缝上时，光波在x方向上并未遇到障碍，可以自由传播.而在y方向上由于单缝很窄，光波传播遇到障碍，发生了光波的弥漫，即产生了衍射现象.最终在屏幕上所呈现的衍射图样是在y方向上展开的，而在x方向上并未展开.

图2

图3

由以上讨论可知，图1中屏幕上的衍射条纹形状是错误的，不应该是平行于x方向的线条纹，而应该是如图3所示的以“点状”在y轴上展开.

顺便提一句，如果将图1中的点光源改成平行于单缝的线光源，那么图1屏幕上的衍射条纹形状就正确了.

参考文献

1 马文蔚.物理学下册.北京：高等教育出版社，2006.120