開啟主選單

求真百科

泊松亮斑
圖片來自百度

單色光照射在直徑恰當的小圓板或圓珠時,會在之後的光屏上出現環狀的互為同心圓的衍射條紋,並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。

形成的原因:是由於光的衍射,可以利用衍射公式來具體計算。可計算的量包括明暗條紋間距的規律和亮斑的相對大小。 [1]

  • 外文名:Poisson bright spot
  • 計算的量:明暗條紋間距的規律和亮斑的相對大小

目錄

簡介

泊松是一位堅持光的微粒說的科學家,本來想用這個結論推翻光的波動說,然而,卻出現了戲劇性的一幕——這個亮斑反而成了光的波動性的一個有力證據,這是泊松無論如何沒有想到的,由於這個亮斑是泊松首先計算出來的,後人就把它稱為「泊松亮斑」。

如果把這兩件事——手影和泊松亮斑放在一起考察,一個是日常生活中司空見慣的現象,一個是需要一定條件的實驗結果,實際上兩者恰好從兩個不同側面反映了光的性質:通常情況下,光沿直線傳播;在一定條件下,光會顯示波動性。所以從這個意義上說,泊松亮斑完全是光傳播的正常現象,其「反常」僅是有悖於日常生活現象而已。[2]

現象描述

激光打到不透明的圓盤上,使得圓盤的邊緣各點相當於一組次級光源,其衍射的結果,在光屏上形成的圓盤陰影的中心有一個亮點,且陰影的邊緣出現明暗相間的光環。這就是著名的泊松光斑。

泊松亮斑
 
圖片來自百度

實驗

菲涅耳設計一個實驗

利用兩個與小孔或不透明障礙物邊緣都無關的小光源,用兩塊彼此接近180°角的平面金屬鏡,避開衍射,由反射光束來產生干涉現象。並運用大量工具進行數學運算,使實驗數據與計算結果一致,被授予優勝獎。菲涅耳波動說解釋影子的存在和光的直線傳播,並指出光的干涉現象和聲音的干涉現象所以不同,是由於光的波長短得多。

小結

1818年,法國科學院提出了徵文競賽題目:一是利用精確的實驗確定光線的衍射效應;二是根據實驗,用數學歸納法推求出光通過物體附近時的運動情況。在法國物理學家阿拉果安培的鼓勵和支持下,菲涅耳向科學院提交了應徵論文。

泊松亮斑
 
圖片來自4

他用半波帶法定量地計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物產生的衍射花紋。菲涅耳把自己的理論和對於實驗的說明提交給評判委員會。參加這個委員會的有:波動理論的熱心支持者阿拉果;微粒論的支持者拉普拉斯、泊松和比奧;持中立態度的蓋·呂薩克。菲涅耳的波動理論遭到了光的粒子論者的反對。

在委員會的會議上泊松指出,根據菲涅耳的理論,應當能看到一種非常奇怪的現象:如果在光束的傳播路徑上,放置一塊不透明的圓板,由於光在圓板邊緣的衍射,在離圓板一定距離的地方,圓板陰影的中央應當出現一個亮斑,在當時來說,這簡直是不可思議的,所以泊松宣稱,他已駁倒了波動理論。菲涅耳和阿拉果接受了這個挑戰,立即用實驗檢驗了這個理論預言,非常精彩地證實了這個理論的結論,影子中心的確出現了一個亮斑。

這一成功,為光的波動說增添了不少光輝。 泊松是光的波動說的反對者,泊松根據菲涅耳的計算結果,得出在一個圓片的陰影中心應當出現一個亮點,這是令人難以相信的,過去也從沒看到過,因此泊松認為這個計算結果足夠證明光的波動說是荒謬的。但是恰巧,菲涅耳和阿拉果在試驗中看到了這個亮斑,這樣,泊松的計算反而支持了光的波動說。過了不久,菲涅耳又用複雜的的理論計算表明,當這個圓片的半徑很小時,這個亮點才比較明顯。經過實驗驗證,果真如此。菲涅耳榮獲了這一屆的科學獎,而後人為紀念泊松為實驗提供了方法便稱這個亮點為泊松亮斑。 菲涅耳開創了光學的新階段。他發展了惠更斯托馬斯·楊的波動理論,成為「物理光學的締造者」。

視頻

科學探索者-泊松亮斑

參考文獻