光波衍射反比律和光場空間相干性反比律以及光場時(shí)間相干性反比律,稱為波動(dòng)光學(xué)三個(gè)反比律,它們簡明而深刻地體現(xiàn)了波傳播行為的特征和波場的主要性質(zhì),是人們深切理解波動(dòng)性而必須具備的基本認(rèn)識。今天我們?yōu)榇蠹規(guī)淼氖遣▌?dòng)光學(xué)中的“衍射反比律”!
光波波前一旦受限,必將發(fā)生衍射,如圖1所示。
其光孔線度a與相應(yīng)的衍射發(fā)散角圖片之乘積, 近似地等于光波長圖片即
被我們稱為衍射反比律的式(1),寫成近似式以使它更具普遍性,雖然對于單狹縫或距孔,等式是成立的。
對于其它光孔,右邊波長一量前面之系數(shù), 將偏離1或大或小,比如對于圓孔圖片這里D系圓孔直徑必須指出,對于任意形狀的光孔,以式(1)估算其衍射發(fā)散角是比較實(shí)用的,其中線度a應(yīng)理解為它的特征線度,推廣至二維情形,衍射反比律表現(xiàn)為:
衍射反比律在認(rèn)識論上和應(yīng)用上具有多方面的意義,其中包括以下幾個(gè)方面:
1,衍射反比律鮮明地反映了波動(dòng)具有反限制的行為特征,其波前越加被限制,則其后場的彌散越加寬廣,這是一切波動(dòng)的共性,并非僅限于光波,也適用于微波和X射線,也適用于聲波,水波和固體中的彈性波。
2,衍射反比律指明了幾何光學(xué)的適用范圍,若衍射發(fā)散角為零,則意味著光波經(jīng)光孔無衍射,光波沿直線傳播,這是幾何光學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),衍射反比律明確地給出了圖片的條件,或圖片或圖片則圖片。
故人們說,幾何光學(xué)是光波長趨于零條件下波動(dòng)光學(xué)的極限傳播行為,這顯然是一個(gè)近似,因?yàn)椴ㄩL不可能為零。然而當(dāng)波長圖片時(shí),衍射發(fā)散角圖片甚小,此時(shí)幾何光學(xué)給出的結(jié)論是一個(gè)很好的近似。
3,衍射反比律蘊(yùn)含一種放大原理,當(dāng)光孔幾何線度越小,或廣義上說,當(dāng)作為衍射物的結(jié)構(gòu)越細(xì)微,則光波衍射的角范圍越大,在遠(yuǎn)處生成的衍射圖樣越寬廣,人們便于對衍射圖樣進(jìn)行觀測,再作反演而獲得光孔或微結(jié)構(gòu)的信息。
當(dāng)然,這是一種衍射放大,并非投影儀或電影機(jī)那樣的幾何相似放大,衍射放大本質(zhì)上是一種光學(xué)變換,只要我們掌握了這種變換關(guān)系,就能從衍射圖樣的反演即逆變換下,獲得微結(jié)構(gòu)的特征信息,甚至可以重構(gòu)微結(jié)構(gòu)的三維圖像,誕生于20世紀(jì)前二十年代的衍射結(jié)構(gòu)分析學(xué),至今仍然是人類獲取凝聚態(tài)物質(zhì)微結(jié)構(gòu)的主要手段。
4,衍射反比律在近代光基技術(shù)中有直接的應(yīng)用。