铸工先锋 第16章：光的衍射

在第二个屋子，对面墙壁上的屏幕有一些圆形条纹。中间有些反射镜子，和竖直的带圆孔的板子。

可能是要转动镜子，让光源照在上面。光发生反射，到另外一个方向。找到另外一个镜子，接住这束光，再进行反射。光如果照在墙上只是在墙上有个光斑。经过镜面的几次反射，向对面方向传导。最终引导光照在屏幕上，让门打开，才能进去。

这边的不同光源有10种。500nm-700nm.

不同的圆孔直径有10种。

0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8mm,0.9mm,1mm,.1mm,1.2mm,1.3mm,1.4mm.

圆孔距离屏幕可以设置不同的距离。

向后看看，后上方墙壁也有个屏幕，有圆形条纹。和前面一个屋子的条纹不同。这里后面和前面都是圆形条纹。

放上一个光源，光源射出光线，经过圆孔，在屏幕上形成圆形条纹，但是和墙壁上条纹不一致。

贺辛说：“这圆形的条纹估计是衍射条纹。”

建立在光的直线传播定律基础上的几何光学不能解释光的衍射现象，这种现象的解释要依赖于波动光学。最早成功地运用波动光学原理解释衍射现象的是菲涅耳。在光的电磁理论出现之后，人们知道光是一种电磁波，因而光波通过小孔之类的衍射问题应该作为电磁场的边值问题来处理。实际所用的衍射理论都是一些近似解法。

在单色点光源和屏幕之间放置一个中间开有圆孔的不透明屏，对投影边缘仔细观察会发现:有光线进入到几何阴影区,并且出现了一些亮暗相间的条纹。

衍射现象的发生,最初认为是由于自由光波在空间传播遇到障碍物，如狭缝、孔,其波面或波前受到障碍物体的限制、分割而使波面发生破损,实际上波面的任何变形或者波面（波前)上光场的复振幅分布受到任何空间调制，都将导致衍射现象的发生，而使通过障碍物以后的光场的复振幅重新分布。

惠更斯为了说明波在空间各点逐步传播的机理，曾提出一种假设：波面（波前）上的每一点都可以看作为一个发出球面子波的次级扰动中心，在后一个时刻这些子波的包络面就是该时刻新的波面。因为波面的法线方向就是光波的传播方向，所以应用惠更斯原理可以确定光波从一个时刻到另一个时刻的传播。

单色点光源发出的球面波到达圆孔边缘时，波面只有部分暴露在圆孔范围内，其余部分受光屏阻挡。按照惠更斯原理，暴露在圆孔范围内的波面上的各点可以看作为次级扰动中心、发出球面子波，并且这些子波的包络面决定圆孔后的新的波面。在锥体外光波不再沿原光波方向传播。

理想夫琅禾费衍射系统起到空间频率分析器的作用。当单色光波入射到待分析的图象上时，通过夫琅禾费衍射，一定空间频率的信息就被一定特定方向的平面衍射波输送出来。这些衍射波在近场彼此交织在一起，到了远场它们彼此分开，从而达到分频的目的。常用远场分频装置是透镜：将不同方向的平面波汇聚到后焦面上不同的点上，形成一个个衍射斑。这些衍射斑和图象的空间频率一一对应，后焦面就是图象的频谱面，称为傅里叶面。夫琅禾费衍射斑称为谱斑。

芗煜说：“这里有三个机器人，也在更换光源，圆孔，反射镜。需要在它们组装完成之前把对面的圆形条纹屏幕照亮。”

贺辛说：“还是和上一个屋子里分工类似，我来更换光源，芗煜更换圆孔，瞬频更换反射镜。”

贺辛在更换光源后，对面机器人A1也更换了光源。芗煜更换圆孔后，对面机器人A2也更换了圆孔。瞬频更换反射镜后，对面机器人A3也更换了反射镜。

段驻在移动圆孔距离。对面的圆孔支架在自动移动距离。

这边光源经过圆孔到达反射镜，又反射回来，经过其他圆孔，到达后面的屏幕。对面光源经过圆孔到达反射镜，又反射回去，经过其他圆孔，到达前面的屏幕。

即使是没有机器人干扰，这边的光源、圆孔、距离组合也有近1000种。这相当于是三位密码锁。有1000种组合，目前不知道怎么组合才能使得光线正好和条纹一致。

瞬频说：“和上一个房间类似，看到条纹不合适，比如偏大或者偏小，是可以知道怎么调整条纹的。”

根据波长，距离，圆孔直径，可以得到条纹的宽度。但是条纹宽度偏大，或者偏小。不知道是该调节哪个参数。

但是对面机器人调节的参数，可能是阻拦我们向正确的方向调节。

芗煜说：“也就是说，对面机器人把圆孔调小，我们应该把圆孔调大。”

贺辛说：“我们就和对面机器人调节相反，逐步调整3个参数。”

在接近合适数值的时候，圆孔过大，又调小一个档位。

在调节的过程中，机器人的光源也照射过来，对准后面上方墙壁。如果条纹匹配合适，就算甲方失败。

甲方几个人也得利用挡板和反射镜，将机器人的光源的光线再格挡住，或者反射到其他方向。

瞬频说：“我们后面上方和对面的条纹间距是差不多宽度的。”

贺辛说：“那么对面机器人用的参数是标准数值。”

芗煜说：“就利用这个数值来配置光源、圆孔、距离组合。”

最后选择波长589纳米，圆孔1.1毫米，距离1.5米，得到合适的圆形条纹宽度。但是被对面机器人的反射镜挡住，反射回来。瞬频更换反射镜，继续反射回去。

同时，在旁边的第二个空位，贺辛在更换光源，芗煜更换圆孔，段驻在移动圆孔距离，继续向对面屏幕发射衍射光斑。机器人A1，A2,A3也在第二个空位更换光源、圆孔，投向自己后面屏幕，对甲方的光斑造成了干扰。

瞬频说：“这样也行吗？那么造成干扰，这门就不能开了？”

芗煜说：“我们也对自己后面的屏幕照射，对它们造成干扰。”

甲方在第三个空位更换光源、圆孔，投向自己后面屏幕，对A队的光斑造成了干扰。A队向对面屏幕发射衍射光斑。

贺辛说：“这怎么办？我们的光学装置又不能放过去。它们的光线在那里造成干扰了怎么办？”

段驻说：“看那地面上还有一些圆孔？”

墙壁旁边的控制箱里有一个按钮，不知道有什么作用。贺辛打开墙壁旁边的一个按钮，圆孔上出现一些柱子。将第二个位子上A队的光线挡住了。甲队的光斑投射到对面墙上，和圆形条纹一致，触发光电开关。门打开了。

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