泊松亮斑

因光的衍射而产生的一种光学现象
image
泊松亮斑（Poisson's spot），[2]又称为阿拉戈亮斑或菲涅耳亮斑，[3]是因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。这一个于衍射光斑中央出现的亮斑（或暗斑）即泊松亮斑。[6]
这种现象由泊松（Simeon-Denis Poisson）于1818年根据菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）衍射理论推导得出。泊松原本想借此反驳光的波动说，但随后阿拉戈（Arago）从实验上证实了这一亮斑的存在，使之反而成了光具有波动性的证明。[2]其原理是“光的衍射”，也可以叫做“光的绕射”，就是光可以“绕过”障碍物而在某种程度上传播到障碍物的几何阴影区。[7]光波在通过小圆斑时，部分光线在边界发生光路偏折，而另一部分光线继续沿直线传播，这些彼此分离的光波就形成了相干光波，从而会由于光波的叠加而呈现出明暗相间的干涉条纹。又由于光线沿小圆斑边缘呈环形偏折，所以会出现环状干涉条纹，并且在中间会有一个亮斑。[8]
泊松亮斑的光斑大小和光斑光强受到一定条件的影响，泊松亮斑半径与障碍物尺寸成反比，要想得到半径很小的亮斑就需要增大障碍物的直径和减小接触距离，但增大障碍物的直径和减小接触距离都会导致泊松亮斑的光强减弱。根据泊松亮斑的计算原理，可将其应用在光学工程、医学等领域。在光学工程领域中，利用泊松亮斑曝光来提高紫外曝光机的分辨率，用于制备纳米针尖阵列。[3]在医学领域，利用泊松亮斑可以计算尿沉渣颗粒单位体积内不同大小的粒子总数，区分颗粒的大小。[3][4][5]

发现历史

1814年，菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）开始致力于光的本性的研究，他再度重现了托马斯•杨（Thomas Young）于1801 年建立的光的双缝干涉实验，并用惠更斯原理对这一现象做出完美的解释，与此同时，他开始研究小孔衍射问题。[6]