泊松亮斑

泊松亮斑

簡介泊松亮斑 當單色光照射在直徑恰當的小圓板或圓珠時,會在之後的光屏上出現環狀的互為同心圓的衍射條紋,並且在所有同心圓的圓心處會出現一個極小的亮斑,這個亮斑就被稱為泊松亮斑。 形成的原因 是由於光的衍射,可以利用衍射公式來具體計算。 可計算的量包括明暗條紋間距的規律和亮斑的相對大小。

橫波

1678年惠更斯向法國科學院提交了著作《光論》。在書中,惠更斯把光波假設為一橫波,推導和解釋了光的直線傳播、反射和折射定律,書中並未提到關於光譜分解為各種顏色的問題。

衝量

惠更斯的光的波動理論是研究碰撞現象的一個直接結果,他認為光是一種問題衝量,他類似於球與球之間的衝量的傳遞,這一研究代表了光學研究中物理觀念和數學觀念的聯合。 波動說的復興: 英國物理學家托馬斯·楊(Thomas Young,1773.6.13- 1829.5.10), 法國物理學家菲涅耳(Augustan Jean Fresnel,1788.5.10-1827.7.14) 托馬斯·楊於1801年提出干涉理論。利用干涉觀念成功解釋了牛頓環,同時也成為第一個近似測定波長的人。在1807年出版的《自然哲學和機械工藝講義》中對光的干涉再次作了解釋。

實驗

菲涅耳設計一個實驗

利用兩個與小孔或不透明障礙物邊緣都無關的小光源,用兩塊彼此接近180°角的平面金屬鏡,避開衍射,由反射光束來產生干涉現象。並運用大量工具進行數學運算,使實驗數據與計算結果一致,被授予優勝獎。菲涅耳用波動說解釋影子的存在和光的直線傳播,並指出光的干涉現象和聲音的干涉現象所以不同,是由於光的波長短得多。

小結

1818年,法國科學院提出了徵文競賽題目:一是利用精確的實驗確定光線的衍射效應;二是根據實驗,用數學歸納法推求出光通過物體附近時的運動情況。在法國物理學家阿拉果與安培的鼓勵和支持下,菲涅耳向科學院提交了應徵論文。

他用半波帶法定量地計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物產生的衍射花紋。菲涅耳把自己的理論和對於實驗的說明提交給評判委員會。參加這個委員會的有:波動理論的熱心支持者阿拉果;微粒論的支持者拉普拉斯、泊松和比奧;持中立態度的蓋·呂薩克。菲涅耳的波動理論遭到了光的粒子論者的反對。

在委員會的會議上泊松指出,根據菲涅耳的理論,應當能看到一種非常奇怪的現象:如果在光束的傳播路徑上,放置一塊不透明的圓板,由於光在圓板邊緣的衍射,在離圓板一定距離的地方,圓板陰影的中央應當出現一個亮斑,在當時來說,這簡直是不可思議的,所以泊松宣稱,他已駁倒了波動理論。菲涅耳和阿拉果接受了這個挑戰,立即用實驗檢驗了這個理論預言,非常精彩地證實了這個理論的結論,影子中心的確出現了一個亮斑。

這一成功,為光的波動說增添了不少光輝。 泊松是光的波動說的反對者,泊松根據菲涅耳的計算結果,得出在一個圓片的陰影中心應當出現一個亮點,這是令人難以相信的,過去也從沒看到過,因此泊松認為這個計算結果足夠證明光的波動說是荒謬的。但是恰巧,菲涅耳和阿拉果在試驗中看到了這個亮斑,這樣,泊松的計算反而支持了光的波動說。過了不久,菲涅耳又用複雜的的理論計算表明,當這個圓片的半徑很小時,這個亮點才比較明顯。經過實驗驗證,果真如此。菲涅耳榮獲了這一屆的科學獎,而後人為紀念泊松為實驗提供了方法便稱這個亮點為泊松亮斑。 菲涅耳開創了光學的新階段。他發展了惠更斯和托馬斯·楊的波動理論,成為“物理光學的締造者”。

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