高中階段學(xué)習(xí)光的干涉、衍射，就是知道那么個(gè)意思就行。能和直線傳播區(qū)別開(kāi)，顯示出波動(dòng)性就行，楊氏干涉中，一束光從兩個(gè)狹縫中射入，并沒(méi)有按照直線傳播的思路只在屏幕上顯示出兩個(gè)光點(diǎn)，而是有了明暗相間的條紋。這就和機(jī)械波干涉時(shí)有的位置振動(dòng)加強(qiáng)，有的位置振動(dòng)減弱一個(gè)道理。本節(jié)課做實(shí)驗(yàn)很關(guān)鍵，沒(méi)有理論推導(dǎo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)直觀地認(rèn)識(shí)到衍射是怎么回事，了解明顯衍射的條件就行。器材用激光筆、單縫、衍射光柵，拿根細(xì)點(diǎn)的針可以用來(lái)演示有障礙物的衍射。衍射可以先思考單縫或單孔衍射，按照直線傳播的幾何光學(xué)思路，光屏上應(yīng)該是一條亮縫和一個(gè)亮點(diǎn)，但實(shí)際呢？當(dāng)單縫或單孔的尺寸足夠小時(shí)，光屏上是這個(gè)樣子。 通過(guò)一條單縫，屏幕上竟然有了類似干涉的明暗相間的條紋，這不又是類似機(jī)械波疊加的固定強(qiáng)弱區(qū)域嗎？這就說(shuō)明光也是一種波，這就是干涉和衍射能證明波動(dòng)的原因。吊詭的是：?jiǎn)慰p越窄，屏幕圖象上的中央亮紋越寬。看來(lái)光也像人一樣，管控是有一定限度的，控到一定程度，就會(huì)從旁門左道竄出來(lái)，而且控得越厲害，竄得越厲害。這也就通過(guò)現(xiàn)象給出了衍射的定義。衍字的含義，不就是有點(diǎn)多出來(lái)的意思嗎？偏離了直線傳播，拓寬了傳播的頻道。將單縫的寬度不斷加寬，到了一定程度之后，變回了直線傳播的樣子。但若仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)邊緣地帶的影子是不那么清晰的，這可以看作是微小的偏離了直線傳播，這也是衍射，只不過(guò)不明顯而已。光的衍射現(xiàn)象，我們平常說(shuō)的衍射，某種程度上就是指明顯的衍射。若不明顯，則有玄學(xué)的味道，你說(shuō)看見(jiàn)了，視力不太好的說(shuō)看不見(jiàn)，這不就是皇帝的新裝了嗎？只有明顯的衍射，才能使想抬杠的也使他無(wú)扛可抬。狹縫越小，衍射的亮紋越寬，但同時(shí)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，亮度下降，因此，實(shí)際觀察也需要一定的亮度。實(shí)際上，不只是狹縫或狹孔，在光源正前方放置一個(gè)障礙物，也會(huì)觀察到衍射現(xiàn)象，而且是很高級(jí)的衍射現(xiàn)象，在障礙物的正前方會(huì)出現(xiàn)亮斑，這是顛覆直線傳播的現(xiàn)象的，這也是光具有波動(dòng)性的鐵證，粒子性也好，直線傳播也罷，都無(wú)法解釋這個(gè)現(xiàn)象。障礙物正前方的這個(gè)亮斑，有個(gè)傳奇的名稱，叫泊松亮斑。發(fā)現(xiàn)過(guò)程很具有戲劇性。1818 年，法國(guó)的巴黎科學(xué)院為了鼓勵(lì)對(duì)衍射問(wèn)題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學(xué)家菲涅耳在論文中按照波動(dòng)說(shuō)深入研究了光的衍射。當(dāng)時(shí)的另一位法國(guó)科學(xué)家泊松是光的波動(dòng)說(shuō)的反對(duì)者，他按照菲涅耳的理論計(jì)算了光在圓盤后的影的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)對(duì)于一定的波長(zhǎng)、在適當(dāng)?shù)木嚯x上，影的中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑！泊松認(rèn)為這是荒謬可笑的，并認(rèn)為這樣就駁倒了光的波動(dòng)說(shuō)。但是，就在競(jìng)賽的關(guān)鍵時(shí)刻，評(píng)委阿拉果在實(shí)驗(yàn)中觀察到了這個(gè)亮斑，這樣，泊松的計(jì)算反而支持了光的波動(dòng)說(shuō)。后人為了紀(jì)念這個(gè)有意義的事件，把這個(gè)亮斑稱為泊松亮斑，也稱為阿拉果亮斑。 現(xiàn)在思考一個(gè)問(wèn)題，雙縫干涉，明顯的單縫衍射，現(xiàn)象的共同點(diǎn)都是出現(xiàn)明暗相間的條紋。有明暗相間的條紋，就是一種疊加。干涉是兩列波疊加，衍射不是一個(gè)單縫嗎？怎疊加？可否想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：“一列光波，兩列光波”是怎樣定義的，什么情況下的光波可稱為“一列”？雙縫可以干涉，單縫可以衍射，結(jié)果都是明暗相間的條紋。那么，三縫、四縫、甚至N縫呢？能否產(chǎn)生明暗相間的條紋呢？ 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明是可以的，相當(dāng)于給光做了一個(gè)柵欄，所以將這種儀器命名為衍射光柵。單縫衍射的條紋比較寬，而且距離中央亮條紋較遠(yuǎn)的條紋，亮度也很低。因此，無(wú)論從測(cè)量的精確度，還是從可分辨的程度上說(shuō)，單縫衍射都不能達(dá)到實(shí)用要求。教材種這句話搞不懂要干什么，整篇內(nèi)容只是介紹衍射的現(xiàn)象和明顯衍射的條件，根本就沒(méi)提衍射的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)清晰的衍射圖樣，可以測(cè)波長(zhǎng)，用于光譜分析；有些晶體就是天然的光柵，通過(guò)衍射圖樣，可以倒推晶體結(jié)構(gòu)，用于分析晶體結(jié)構(gòu)，等等，用途十分廣泛，好歹來(lái)點(diǎn)事例。偏振是用來(lái)說(shuō)明光是一種橫波。激光就說(shuō)了一通激光非常非常高大上的用途。偏振，3D眼鏡，太陽(yáng)鏡，說(shuō)白了，都是斜偏振片。偏振是個(gè)什么意思呢？偏愛(ài)、偏科、偏向、偏心。帶偏的都有點(diǎn)不正的意思，偏振片的意思是光波到了它這，只能從一個(gè)偏愛(ài)的方向振動(dòng)，其他方向此路不通。魯有執(zhí)長(zhǎng)竿入城門者,初豎執(zhí)之,不可入,橫執(zhí)之,亦不可入,計(jì)無(wú)所出.俄有老父至日;"吾非盛人,但見(jiàn)事多,何不一劇中截而入?"遂依而截之。類比一下：竹竿平動(dòng)的方向看作波的傳播方向，竹竿那個(gè)筆直的方向就可看作是波的振動(dòng)方向。運(yùn)動(dòng)方向與振動(dòng)方向共線的波稱為縱波，運(yùn)動(dòng)方向與振動(dòng)方向垂直的波成為橫波。假如竹竿立起來(lái)沒(méi)有城門洞高，但橫著來(lái)比城門洞寬，則為橫波時(shí)，只有立起來(lái)竹竿才能進(jìn)了城。但若振動(dòng)方向和傳播方向一致了，只要城門開(kāi)著，竹竿就能進(jìn)了城。橫波是只有豎著能進(jìn)城，這就是一種偏振現(xiàn)象，縱波就沒(méi)這碼事，所以說(shuō)偏振是橫波特有的現(xiàn)象。反過(guò)來(lái)，出現(xiàn)偏振現(xiàn)象了，說(shuō)明波就是橫波。
光的偏振是怎回事呢？可不是偏振片上裂了一條縫，就是材料內(nèi)部特有的一種結(jié)構(gòu)，使得某個(gè)方向的光可以透過(guò)去，其他方向就過(guò)不去了，自然光是圓偏振的，意思是各個(gè)方向都有振動(dòng)，但通過(guò)一個(gè)偏振片后，只有某個(gè)方向的振動(dòng)過(guò)去了，就變成了偏振光，再通過(guò)一個(gè)偏振片，調(diào)整偏振片的方位，會(huì)發(fā)現(xiàn)光的強(qiáng)弱會(huì)發(fā)生變化。反射光、折射光，都是偏振光，偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用。例如，攝影師在拍攝池中的游魚(yú)、玻璃櫥窗里的陳列物時(shí)，由于水面和玻璃表面的反射光的干擾，景象會(huì)不清楚。如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片，讓它的透振方向與水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。汽車擋風(fēng)玻璃貼的膜就是偏振膜，能達(dá)到不懼強(qiáng)光照射的目的。普通光相當(dāng)于是烏合之眾，無(wú)組織、無(wú)紀(jì)律，隨意性相當(dāng)強(qiáng)。激光相當(dāng)于紀(jì)律嚴(yán)明的特種部隊(duì)，步調(diào)極其一致。光是從物質(zhì)的原子中發(fā)射出來(lái)的。原子獲得能量以后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會(huì)以光的形式把能量發(fā)射出去。但是，普通的光源，例如白熾燈，燈絲中某個(gè)原子在什么時(shí)刻發(fā)光、在哪個(gè)方向偏振，完全是隨機(jī)的，發(fā)出的光傳播方向各異，頻率也不一定相同，這導(dǎo)致不同原子發(fā)出的光沒(méi)有確定的相位差。因此，普通光源發(fā)出的自然光是許多頻率、相位、偏振以及傳播方向各不相同的光的雜亂無(wú)章的混合。這導(dǎo)致兩個(gè)獨(dú)立的普通光源發(fā)出的光不會(huì)發(fā)生干涉。那么，能否制造出頻率、相位、偏振以及傳播方向等性質(zhì)都十分確定的“純凈”的光呢？激光器基本結(jié)構(gòu)：激光器工作物質(zhì)，光學(xué)共振腔，激勵(lì)能源。激光用途：特點(diǎn)決定用途。理解了特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的用途也就能理解了。兩節(jié)了解內(nèi)容，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的知識(shí)，全是碎片化的，我不認(rèn)為學(xué)習(xí)這種東西對(duì)發(fā)展思維和能力有用，差不多就是讓一年級(jí)小學(xué)生了解二次函數(shù)，念了一頓不知所以的字。自己思維無(wú)法參與的文字，對(duì)思維就幾乎起不到作用。
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