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       波的一個(gè)重要特性是它的衍射效應(yīng)。

       舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)解釋這一原理，假設(shè)有兩個(gè)相鄰房間A、B，兩個(gè)房間之間有一扇敞開(kāi)的門(mén)。當(dāng)聲音從房間A的角落里發(fā)出時(shí)，則處于房間B的人所聽(tīng)到的這聲音有如是從位于門(mén)口的波源傳播而來(lái)的。對(duì)于房間B的人而言，位于門(mén)口的空氣振動(dòng)是聲音的波源。

       又比如，用防洪堤圍成一個(gè)入口很窄的漁港，港外的水波會(huì)從入口處繞到堤內(nèi)來(lái)傳播，這種現(xiàn)象也是一種衍射現(xiàn)象。

        衍射是波的一種共性，光也是波，所以光也有衍射。光的衍射是指直線傳播的光可以繞射到障礙物背后去的一種現(xiàn)象。

       1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（Thoms·Young）進(jìn)行了一個(gè)經(jīng)典的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，如圖2.3.6所示，他把一支蠟燭放在一張開(kāi)了一個(gè)小孔的紙前面，這樣就形成一個(gè)點(diǎn)光源。在點(diǎn)光源的后面再放一張開(kāi)了兩道平行狹縫的紙，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在白色像屏上可以看到明暗相間的黑白條紋，如圖2.3.6a所示。他遮住一個(gè)狹縫時(shí)，屏上只有一個(gè)紅的光強(qiáng)均勻的光帶；當(dāng)兩個(gè)狹縫均不遮掩時(shí)，屏上兩個(gè)光帶重合區(qū)出現(xiàn)了紅黑交替的光帶，紅帶相當(dāng)明亮，其寬度相等；同時(shí)，各黑帶的寬度也相等，并且等于紅帶的寬度。因此得出了光是一種波的結(jié)論，明亮的地方，那是因?yàn)閮傻拦庹猛辔?，即它們的波峰和波谷正好相互增?qiáng)，這就是所謂的“相長(zhǎng)干涉”，結(jié)果造成了兩倍光亮的效果，如圖2.3.6b所示；而黑暗的那些條紋，則是兩條光反相位，它們的波峰和波谷相對(duì)，即所謂的“相消干涉”，正好相互抵消了，如圖2.3.6c所示。

圖2.3.6英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊1801年進(jìn)行的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

a）雙縫干涉產(chǎn)生明亮相間的光帶b）同相位疊加（相長(zhǎng)干涉）形成亮帶

c）反相位疊加（相消干涉）形成暗帶

        與楊氏干涉的雙縫設(shè)計(jì)不同，奧古斯丁·讓·菲涅爾（Augustin-Jean Fresnel，1788—1827年）采用小孔干涉實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了光束通過(guò)小孔時(shí)，能夠產(chǎn)生一圈圈明暗相間的同心圓，如圖2.3.7所示。菲涅爾的干涉實(shí)驗(yàn)再一次有力證明了光的波動(dòng)說(shuō)，因此在1819年獲得了巴黎科學(xué)院的大賽獎(jiǎng)。

圖2.3.7光的弗瑯荷費(fèi)衍射

a）裂縫衍射b）裂縫a可劃分成N個(gè)孔徑為δy的點(diǎn)光源c）小孔衍射光斑

       19世紀(jì)早期由托馬斯·楊和菲涅爾所演示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)和小孔干涉實(shí)驗(yàn)為惠更斯的理論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，這些實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)光穿過(guò)網(wǎng)格時(shí)，可以觀察到一個(gè)干涉光斑，與水波的干涉行為十分相似。

        聲波在傳播過(guò)程中可以彎曲和偏轉(zhuǎn)，光波也有類似的特性，例如一束光在遇到障礙物時(shí)也彎曲傳播，盡管這種彎曲很小。圖2.3.7a表示準(zhǔn)直光通過(guò)孔徑為a的小孔時(shí)發(fā)生光的偏轉(zhuǎn)，形成明暗相間的光強(qiáng)花紋，稱為彌散（愛(ài)里）環(huán)，這種現(xiàn)象稱為光的衍射，光強(qiáng)的分布圖案稱為衍射光斑。顯然，衍射光斑與光通過(guò)小孔時(shí)產(chǎn)生的幾何陰影并不相符。

       衍射可以理解為從小孔發(fā)射出的多個(gè)光波的干涉。我們考慮一個(gè)平面光波入射到長(zhǎng)為a的裂縫中，根據(jù)惠更斯-菲涅爾（Huygens-Fresnel）原理，每個(gè)波前上沒(méi)有被遮擋的點(diǎn)在給定的間隔都可以作為球面二次波光源，其頻率與首次波的頻率相同，在遠(yuǎn)處任一點(diǎn)光場(chǎng)的幅度是所有這些波的幅度和相位的疊加。當(dāng)平面波到達(dá)裂縫時(shí)，裂縫上的點(diǎn)就變成相干的球面二次波光源，這些球面波干涉構(gòu)成新的波前，是這些二次球面波波前的包絡(luò)。這些球面波可以相長(zhǎng)干涉，不僅在正前方向，而且也在其他適當(dāng)?shù)姆较虬l(fā)生相長(zhǎng)干涉，在觀察屏幕上出現(xiàn)明亮相間的花紋。衍射實(shí)際上就是干涉，它們之間并沒(méi)有什么區(qū)別。

       可以把裂縫寬度a劃分成N個(gè)相干光源，每個(gè)長(zhǎng)δy=a/N，如果N足夠大，就可把該光源看作點(diǎn)光源，如圖2.3.7b所示。

       小孔衍射的光斑是明暗相間的衍射花紋，如圖2.3.7c所示。明亮區(qū)對(duì)應(yīng)從裂縫上發(fā)出的所有球面波的相長(zhǎng)干涉，黑暗區(qū)對(duì)應(yīng)它們的相消干涉

       圖2.3.8表示不同入射光波的衍射光斑，圖2.3.8a表示平面入射光波射入一個(gè)小孔，射出的光波發(fā)生衍射，在其背后的屏幕上產(chǎn)生光強(qiáng)度變化的光斑（愛(ài)里環(huán)），如果屏幕離開(kāi)小孔足夠遠(yuǎn)，屏幕上的光斑就是弗瑯荷費(fèi)衍射光斑。圖2.3.8b表示尺寸為b×a的方孔產(chǎn)生的衍射光斑。圖2.3.8c和圖2.3.8d表示兩個(gè)相距不同的點(diǎn)光源通過(guò)小孔后在其后屏幕上產(chǎn)生的衍射光斑，由圖可見(jiàn)，當(dāng)距離s變得越來(lái)越短時(shí)，將導(dǎo)致兩個(gè)愛(ài)里環(huán)圓盤(pán)靠得越來(lái)越近，最后將難以分辨。