衍射現象是怎麼產生的？

01-15

謝 @Capbone 邀。

第一個答案寫的挺完整了啊，為啥還要邀我，是因為他答的太理論了么。。。

一般講衍射，就是光在傳播過程中遇到障礙物時，自由波面發生破損，波前復振幅分布發生改變，偏離幾何光學傳播規律的現象。一般常見的衍射有單縫衍射，圓孔衍射等等，光柵也是一種常見的衍射屏，屬於多縫衍射。光的衍射圖樣在受到限制的方向擴展，具體研究方法就是程衛亮答案里說的惠更斯原理，將波前的每個面元看成一個新的振動中心發出次波，所有次波的相干疊加的結果就是我們看到的衍射效應。

題主問衍射是怎麼產生的，光在自由傳播的過程中遇到障礙物時，衍射就產生了，障礙物尺寸越小，衍射效應就越明顯。日常生活中不易觀察到衍射現象是因為光的波長很短以及普通光源是不相干的面光源，這種條件下的衍射現象很不顯著。通常通過使用高亮度相干光源（激光），以及小尺寸障礙物（衍射屏）的方法來觀察衍射現象。

點光源發出的光線穿過小孔時，有光線進入到按直線傳播不能到達的陰影區，並且在光屏上出現亮暗相間的條紋的現象就是光的衍射。

根據惠更斯原理，波面上的每一點都可以看做發出球面子波的次級擾動中心，在後一時刻這些子波的包絡面形成新的波面。單色點光源發出的球面波到達孔邊緣時，孔範圍內的波面上的各點可以看做為次級擾動中心並發出球面子波，這些子波的包絡面決定圓孔後新的波面，因而在直線傳播以外的區域也有光線進入。

對光屏上形成的條紋，是由於各惠更斯子波在光屏上各處疊加的結果。由於各子波來自同一光源，它們是進行相干疊加。

因此，衍射的本質其實是干涉，不過它所處理的是波面上無數個子波源發出的子波的干涉。從數學角度，是完成某個波面上所有波面源在光屏上各點處復振幅的積分。

從電磁學的角度看，衍射是由於波面上光場的分布受到空間調製，使通過障礙物以後的光場的復振幅重新分布的結果。衍射屏（即障礙物）的特性可以用復振幅透射係數來表示，通過障礙物後的復振幅分布即等於通過之前的復振幅與該透射係數的乘積。

嘗試不嚴謹的解釋一下。假設一個具有一定直徑的光束向前傳播（可以理解為手電筒發出的光）。當光束經過某個截面時，實際上可以等效於這個截面上很多很多個「點」在發光（只要這些點足夠小）。每個「點」都向前發出「傘」狀的光線。

為什麼呢？因為根據光波場的矢量疊加性質，這些無數個「點」發出的「傘」狀光疊加後可以「組合」成手電筒發出的光，所以為了分析方便，把複雜問題分解成簡單問題，單獨分析每個點的發光更簡單點。我們可以用這無數個發出「傘」狀光的「點」來代替這個光束。

我們可以想像到，如果只有一個點，那麼這個「點」發出的光是「傘」形的，並不是只向著正前方發出光線，而是很多方向都發光。

那麼回到問題上來，當光束遇到某個很小的小孔時，這些足夠小的「點」可能只有一個或者幾個通過，由於其它的「點」都被擋住了，沒有「點」跟它疊加，那麼就只剩下自己孤獨「孤獨」的發出「傘」形的光線了，因此光並沒有沿原先的直線方向傳播，於是就產生了衍射現象。