泊松光斑（光学现象）

泊松光斑

光学现象

泊松光斑，也称泊松亮斑。是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象。当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑就被称为泊松亮斑。这个亮斑的出现是对光的波动性的一个很好的证明。

概述

1818年法国著名的数学家泊松在巴黎科学院研究菲涅耳的论文时指出：按照菲涅耳的理论，如果让平行光垂直照射不透光的圆盘，那么在圆盘后面的光屏上所留下的黑影中央将会出现一个壳斑，这是因为垂直圆盘的平行光照射时，圆盘边缘将位于同一波阵面上，各点的相位相同，它们所发生的子波到达黑影中央的光程差为零，应当出现增强干涉，即应有一个亮斑。

这种现象当时人们从未看到也从未听说过，泊松原想以不能观察到这一亮斑来否定菲涅耳原理和惠更斯的光的波动理论，但菲涅耳和阿喇果在操作十分困难的条件下却做出了相应实验后来用实验得到了这个亮斑，从而有力地证明了光的波动理论。后来人们为了纪念这一极具戏剧性事实，就把衍射光斑中央出现的亮斑（或暗斑）称为“泊松光斑”。

实验步骤

1、氦氖激光器发出的激光束凹透镜扩束（调整凹透镜高低，使激光束通过凹透镜光心）；

2、利用小磁铁把钢珠吸牢在透明薄膜片上，并把透明薄膜片固定与光屏架上；

3、调整“薄膜”光屏架在光具座上的位置，同时调整钢珠在薄膜片上的位置（找到光斑大小与钢珠大小差不多的位置），如图所示凹透镜与“薄膜”光屏架之间距离约3.5cm；

4、在光具座上装上白光屏，调整白光屏到薄膜片的距离，就能从白光屏上清晰的看到小钢珠阴影的中心产生一个亮斑。

由来

1814年，菲涅耳开始致力于光的本性的研究，他再度重现了托马斯·扬（ThomasYoung）于1801年建立的光的双缝干涉实验，并用惠更斯子波原理对这一现象作出完美的解释。与此同时，他开始研究小孔衍射问题。

1817年，法国科学院举行了一次关于光的本性问题的科研成果最佳论文竞赛，菲涅耳加紧了研究工作；他在他弟弟的帮助下，成功地提出了惠更斯——菲涅耳原理（后人的称呼），他用这一原理出色地解释了光的直线传播规律，提出了光的衍射理论的子波解释，并于1818年提交了论文。科学院成立了一个评委会，评委会的成员中有波动的支持者阿拉哥（D。F。Arago1786—1853）。

有波动说的反对者泊松（D。S。Poisson1781—1840），毕奥（J。Biot1774—1862）、拉普拉斯（P。S。Laplace1749—1827），有一中立者盖·吕萨克（L。T。Gay－lussac1778—1850）。尽管不少成员不相信菲涅耳的观念，但是最终还是被菲涅耳数学上的巨大成功及其与实验上的一致性所征服，并授予他优胜奖。

泊松想推翻菲涅耳的观点，就借助于波动理论对衍射理论进行详细地分析。他发现：用一个圆片作为遮挡物时。光屏的中心应出现一个亮点（或者用圆孔做实验时，应该在光屏的中心出一个暗斑），这是令人难以相信的事实，过去也未曾有人见到过。

菲涅耳又经过严密的数学计算发现，只有当这个圆片的半径很小时，这个亮点才比较明显（或圆孔很小时，暗斑明显）。事后，菲涅耳和阿拉哥精心设计了一个实验，确认了这一亮斑的存在，证明了这一预言的正确性。

这个初看起来似乎是荒谬的结论，是泊松研究菲涅耳论文时把它当作谬误提出来的，但却成了支持波动说的强有力的证据。后来人们为了纪念这一极具戏剧性事实，就把衍射光斑中央出现的亮斑（或暗斑）称为“泊松光斑”。

参考资料

1.泊松亮斑·王尚