20151104修-光的衍射应用研究

光的衍射应用研究摘要：光学衍射现象是光在传播过程中容易出现的波动状态。通过对光的衍射的研究，能够通过观测光波在传播路径上遇障碍物以后偏离原有的直线路径来确定其中的原理，并积极将这些原理推广应用于其他科研方向。本文通过分析光的衍射原理及相关概念，描述了几种不同的衍射类型，并简要分析了光的衍射的应用研究。关键词：光的衍射；惠更斯原理；衍射应用光的衍射现象最初的发现机理是将光透过小孔后形成点光源，然后观察出现的阴影部分的面积和轮廓，发现比光在传统情况下沿着直线传播时产生的阴影更大，而且光传播途中遭遇并绕过障碍物时，在障碍物背后本会出现阴影的位置成为了光亮区，在本该出现光亮的位置却成为了一片阴影。1衍射相关概念1.1衍射条件及图样在发生光的衍射现象时，光必须必备一定的前提条件。即：光自身的波长相对较短，而障碍物等物体的尺寸要比波长的尺寸小或者无限接近。这样，当光束直射到一个微孔或者一条细线时，能够更加直观地观察到光的衍射现象出现。衍射现象的形成示意图如下：图1光的直线传播图2光的衍射传播衍射过程中，容易在障碍物的背后形成的明暗相间的条纹，这样的条纹或者光环就称之为衍射图样。选用实验用激光多功能光电测试系统仪器形成的衍射图样如下图所示：图3衍射图样衍射现象是一切具有波动性物质所共有的传播行为。在人们生活的周围，包括声音、水、无线电等各种状态的衍射无时不在发生，只是有时这种现象不太明显和强烈而已。1.2光的衍射特点①光束在进行直射时，到达某位置的衍射屏时，若某一方位的衍射受到限制，则在远处形成的新的衍射强度会朝着这个方向持续扩展。②光束需要透出的小孔，若其具有的线度越小，带给光束的限制性就必然越强，这样产生的衍射现象涉及的范围就愈加扩散。在其他研究报告中能够看出，点光源的光孔具有的横向线度一定会与衍射产生的发射角产生一定的反比关系。1.3光的衍射类型在理论研究光的衍射现象时，实验室通过运用光源、衍射屏和可以用来接收和观测衍射图样的屏幕来完成对光的衍射环境的模拟。根据上述三者之间的相互距离，能够将光的衍射现象分为两类，即菲涅尔衍射和弗朗禾费衍射。1.3.1菲涅尔衍射指在光源和衍射屏之间、或者衍射屏和接收图样屏之间的距离是可测的情况下发生的衍射。值得注意的是，在此衍射中，无论是入射光还是衍射光都不是平行光。1.3.2弗朗禾费衍射指在光源和衍射屏之间、或者衍射屏和接收图样屏之间的距离是不可测的无限大的情况下发生的衍射，在此衍射中，无论是入射光还是衍射光都是平行光。在弗朗禾费衍射中，常见的衍射实验研究包括单缝衍射和圆形孔洞衍射。①单缝衍射中，选用一组平行光射到规格很小的缝隙上，后单缝后放一组凸透镜，这样能够确保出现在衍射屏和接收屏上的光束可供测量和研究。缝隙越小，其光波的波长就能更加接近于单缝的宽度。在凸透镜的焦点位置可以很快捕捉到衍射图样。选用实验用激光多功能光电测试系统仪器形成单缝衍射。②在圆孔衍射中，同样需要保证圆孔具有的直径应该无线接近于光的波长规格，这这样在接收屏能才能出现明暗交替的衍射图样。选用实验用激光多功能光电测试系统仪器形成圆孔衍射。2光的衍射的应用光的衍射是一种奇妙的自然现象。在人们通过不断的研究探索后，光的衍射现象已经能够被人们用量化的方向进行总结，并通过不同的手段来综合利用。2.1利用单缝衍射测量固体物件的膨胀系数这个应用主要是基于单缝衍射中能够产生明暗交替的图样，这些图样的间距和缝宽存在一定的比例关系。通过对于不同条纹间距的测定，透光的缝隙宽度也能够被计算出。而对金属而言，透光的缝隙必然是固体物件因为膨胀而出现的性能改变，所以通过计算单缝衍射情况下的缝宽，就能测出诸如金属等的膨胀系数。2.3利用衍射测试涂料工业中的粒度及粒度分布让光束通过装有涂料粉末的器皿后，光将发生散射和衍射现象。利用有效的检测设备对各个方向的衍射光电信号进行采集，并通过建模来分析，能够有效测试出涂料粉末的粒度。同时能够测试出乳化液、悬浮液等样品中的粒度分布。2.2利用光栅技术来分辨元素光的衍射现象的不断研究，促进了光栅的发现和理论研究的进步。光栅是充分利用光的衍射与干涉过程而研发的一种色散器件。通过光栅，发生光能够通过不同的入射角变化，反射出具有不同波长的单色光。化学研究、文物研究、测定地理物质等工作就可以很快的通过分辨元素增加研究的成功率。通过不同的光谱分析仪表，元素和化合物的特定波长被测定，相应的衍射波强度也被比照，从而计算出不同元素和化合物成分的含量和比例。2.3利用衍射图样能够确定更多的生物DNA结构在国外的研究中，DNA的复杂双螺旋结构研究就是通过借助光的衍射图样和设置的障碍物结构之间的关系来完成的。在对原子晶格进行特有射线的穿透衍射后，能够通过不同的衍射图样推断出原子的排列规模和位置顺序，这些技术将在化学生物领域得到更多应用。2.4现代科技中的光的衍射应用光的衍射在现代科技中，能够对某些特微结构起到放大的作用，积极运用光谱分析和结构测定，都能在相关光源成像系统下进一步完善衍射研究。总之，光的衍射应用主要突出在以下几个方向：①广泛开发光谱分析，如衍射光栅光谱仪等；②制造工艺上，应全面推广全息光栅和闪耀光栅，提高利用光能量的效率。③大力推行衍射成像，如衍射成像分辨仪器等；④空间滤波技术和光学信息处理技术的开发，包括全息影像技术的改革优化。⑤优化衍射结构分析，如X射线结构分析等。人们从认识光学的衍射现象，到掌握并利用衍射现象已经过去了200多年，光的衍射无时不在人们的周围存在。当我们在夜晚抬头仰望月亮或者观看路灯时，长期观看下能够发现有放射形的光芒在散发，这就是光的衍射。试着调整我们的瞳孔，将眼睛眯小点，光的散射似乎会更明显。今天的人们一定能够在足够掌握衍射原理的基础上大力拓展其应用领域。参考文献[1]王莉.鲁刚.光的干涉和衍射探讨[J].高师理科学刊.2009.[2]杨志文.光学测量[M].北京:北京理工大学出版社.2005.[3]赵阳、王浩、陈帅.光衍射现象的原理分析与应用[J].产业与科技论坛.2014（13）.