|
当你因为天气晴朗而兴奋，拿起相机拍了几张，却发现很难拍出太阳那最简单的三维圆球留在二维平面的影像，而呈现在相纸上的是看不清边界的太阳和不停向外散发着的“耀眼的光芒”。
 镜头下的太阳光 （ 来源 ：作者手机拍摄）  镜头下的灯光（来源 ：作者手机拍摄） 老生常谈：波粒二象性 太阳或灯周围的这些光，有个专有名词——星芒🌟；星芒的物理机制，则是大家耳熟能详的——光的衍射。
光的干涉 （来源：51sole.com） 光的粒子性则可以用光电效应来证明。这个实验描述的现象是：用光束照射金属表面，金属就会发射出电子的现象。当年爱因斯坦老爷子就是凭借光电效应（注意，而非相对论）获得了诺贝尔物理学奖。 老生常谈：光的衍射 通过经典的光的单缝衍射实验，可以很清晰的描述光的衍射。在这个实验中，一束光通过一道细缝后，在屏上会显示出一系列衍射条纹。就像是光在传播过程中遇到了障碍物之后，绕过了障碍物继续传播。  光的单缝衍射 （来源：blog.sciencenet.cn） 这清晰的体现出了光的波动性。而且，这个衍射条纹在缝的宽度和光的波长差不多的时候最为明显。
 光的衍射 （来源：51wendang.com） 光芒如此奇妙 也许很多小伙伴早已记不起光的干涉和光的衍射之间的关系。那就用下面这张截图帮大家回忆一下。  衍射和干涉的区别（ 来源：MOOC） 这时候，如果把单缝换成小孔，又会出现什么现象呢？不难想象，这时候的衍射图像就变成了一个个半径越来越大、共享一个圆心而环环相扣衍射圆环。 其实，在狭缝、多边形小孔、小圆孔等形状各不相同的情况下，所产生的衍射图样也五花八门，而且经研究表明这个衍射现象还遵循“偶数边的小孔产生对应偶数个光刺、奇数边的小孔产生2*对应边数个光刺”的规律。真是奇妙！  正多边形孔的衍射图样（模拟）（来源：文献[1]）  圆孔和圆瓶的衍射图样 （来源：51wendang.com） 光芒的物理学解释 了解了光的衍射，下面就可以聊一聊为什么镜头后、屏幕里的太阳、灯的周围，都能看到“耀眼的光芒”？ 我们把镜头想象成一个圆孔，把太阳想象成一个点光源。只不过对处于1.496亿公里之外的太阳所发出的光，对于地球上的任何东西，大多数情况下都可以被看作是平行入射光束了。在这种情况下，镜头下也就出现了阳光的夫琅禾费衍射。 俗话说，物理的尽头是数学，数学的尽头是哲学。当然，美妙的数学语言当然也对衍射条纹的性质也进行了描述，即使在最简单的波动光学理论之中，也体现得淋漓尽致。 假设a为单缝的宽度，D为狭缝到光屏的距离或者透镜的焦距，K是第几条衍射条纹，△x是衍射条纹的宽度，λ是波长， φ为衍射条纹与狭缝平面法线的夹角，以上这些参数满足以下公式。通过这些公式，我们可以如先知一般，知晓特定条件下的衍射图样。当然，大家都在高中时，就已经是先知了。   通过这个计算，我们可以发现，光波长λ越短，衍射条纹宽度△x越小，则这个衍射条纹也越靠近中间区域；而光波长λ越长，衍射条纹宽度△x越大，那这个衍射图样展开的也越宽。  光谱 （来源：cwwz.net） 基于以上计算，我们再看一下星芒的“庐山真面目”。众所周知，可见光波段是从380nm到750nm左右。假设一个光源可以同时发出在可见光波段范围内的750nm的红光、530nm的绿光以及400nm的紫光，那这个镜头下这个光源周围的衍射图样由内而外的每一级条纹，都将是一个从最中间多种光混合区域，逐渐变化到紫色-绿色-红色的彩色条纹，也就是一个个五彩斑斓的星芒。 光圈及其系数（来源：photo.popart.hk） 相机镜头内的光圈通常为多边形，当我们用相机进行拍摄时，入射光线经过光圈时，就会沿着光圈的边缘发生单边衍射，然后在接收屏上就形成了带有很多“耀眼光芒”的衍射条纹图样，这些耀眼光芒即星芒。 镜头结构 (来源：zhidao.baidu.com) 可能你要问了，如果光圈是圆形的，会不会产生星芒呢？当然不会了，和圆孔衍射一个道理，如果光圈是完美的圆，则星芒会消失，取而代之的则是一个个同心的衍射环。这也是由光的衍射特性所决定的。 当然，由于光圈的构造问题：光圈一般都是由多个叶片所组成的。通过改变叶片的组成，来决定透过光圈、被相机感光元件（CCD或CMOS）接收到的光的多少。所以，用相机拍摄太阳这类远光源或者使用小光圈拍摄时，则大概率会产生星芒；而且，星芒还是偶数个哦。 眯眼打开新世界 还有一个相似的现象。当我们文艺、深情地抬起头，却被那并不柔和的灯光刺痛了双眼；而当我们迅速的眯起双眼之后，在眼睛周围，却拉出一条条长长的光线。这又是怎么了呢？ 镜头和人眼（来源：文献[1]） |
|
|
来自： wenxuefeng360 > 《科技》
