泊松光斑（光學現象）

泊松光斑（光學現象）

泊松光斑 （光學現象） 次瀏覽 | 2022.11.23 13:16:52 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 泊松光斑光學現象

泊松光斑，也稱泊松亮斑。是一種由于光的衍射而產生的一種光學現象。當單色光照射在寬度小于或等于光源波長的小圓板或圓珠時，會在之后的光屏上出現環狀的互為同心圓的衍射條紋，并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。這個亮斑的出現是對光的波動性的一個很好的證明。

中文名

泊松光斑

外文名

Poisson bright spot

別名

泊松亮斑

性質

一種光學現象

概述

1818年法國著名的數學家泊松在巴黎科學院研究菲涅耳的論文時指出：按照菲涅耳的理論，如果讓平行光垂直照射不透光的圓盤，那么在圓盤后面的光屏上所留下的黑影中央將會出現一個殼斑，這是因為垂直圓盤的平行光照射時，圓盤邊緣將位于同一波陣面上，各點的相位相同，它們所發生的子波到達黑影中央的光程差為零，應當出現增強干涉，即應有一個亮斑。

這種現象當時人們從未看到也從未聽說過，泊松原想以不能觀察到這一亮斑來否定菲涅耳原理和惠更斯的光的波動理論，但菲涅耳和阿喇果在操作十分困難的條件下卻做出了相應實驗后來用實驗得到了這個亮斑，從而有力地證明了光的波動理論。后來人們為了紀念這一極具戲劇性事實，就把衍射光斑中央出現的亮斑（或暗斑）稱為“泊松光斑”。

實驗步驟

1、氦氖激光器發出的激光束凹透鏡擴束（調整凹透鏡高低，使激光束通過凹透鏡光心）；

2、利用小磁鐵把鋼珠吸牢在透明薄膜片上，并把透明薄膜片固定與光屏架上；

3、調整“薄膜”光屏架在光具座上的位置，同時調整鋼珠在薄膜片上的位置（找到光斑大小與鋼珠大小差不多的位置），如圖所示凹透鏡與“薄膜”光屏架之間距離約3.5cm；

4、在光具座上裝上白光屏，調整白光屏到薄膜片的距離，就能從白光屏上清晰的看到小鋼珠陰影的中心產生一個亮斑。

由來

1814年，菲涅耳開始致力于光的本性的研究，他再度重現了托馬斯·揚（ThomasYoung）于1801年建立的光的雙縫干涉實驗，并用惠更斯子波原理對這一現象作出完美的解釋。與此同時，他開始研究小孔衍射問題。

1817年，法國科學院舉行了一次關于光的本性問題的科研成果最佳論文競賽，菲涅耳加緊了研究工作；他在他弟弟的幫助下，成功地提出了惠更斯——菲涅耳原理（后人的稱呼），他用這一原理出色地解釋了光的直線傳播規律，提出了光的衍射理論的子波解釋，并于1818年提交了論文。科學院成立了一個評委會，評委會的成員中有波動的支持者阿拉哥（D。F。Arago1786—1853）。

有波動說的反對者泊松（D。S。Poisson1781—1840），畢奧（J。Biot1774—1862）、拉普拉斯（P。S。Laplace1749—1827），有一中立者蓋·呂薩克（L。T。Gay－lussac1778—1850）。盡管不少成員不相信菲涅耳的觀念，但是最終還是被菲涅耳數學上的巨大成功及其與實驗上的一致性所征服，并授予他優勝獎。

泊松想推翻菲涅耳的觀點，就借助于波動理論對衍射理論進行詳細地分析。他發現：用一個圓片作為遮擋物時。光屏的中心應出現一個亮點（或者用圓孔做實驗時，應該在光屏的中心出一個暗斑），這是令人難以相信的事實，過去也未曾有人見到過。

菲涅耳又經過嚴密的數學計算發現，只有當這個圓片的半徑很小時，這個亮點才比較明顯（或圓孔很小時，暗斑明顯）。事后，菲涅耳和阿拉哥精心設計了一個實驗，確認了這一亮斑的存在，證明了這一預言的正確性。

這個初看起來似乎是荒謬的結論，是泊松研究菲涅耳論文時把它當作謬誤提出來的，但卻成了支持波動說的強有力的證據。后來人們為了紀念這一極具戲劇性事實，就把衍射光斑中央出現的亮斑（或暗斑）稱為“泊松光斑”。

參考資料