科学史-物理学编年史-49夫琅禾费发明光栅

时间：公元1821年。

约瑟夫·冯·夫琅禾费（JosephvonFraunhofer，1787-1826年）德国物理学家。夫琅禾费从一个光学研究所的工人成为该所的负责人，曾自己设计制造了许多光学仪器，如消色差透镜、大型折射望远镜、衍射光栅等，在当时的物理界都是非常了不起的成果。

夫琅禾费最具影响力的贡献是发现并研究了太阳光谱中的吸收线，即夫琅禾费线。夫琅禾费集工艺家和理论家的才干于一身，把理论与丰富的实践经验结合起来，对光学和光谱学作出了重要贡献。

夫琅禾费的科学研究成果主要集中在光谱方面。1814年，他发明了分光仪，在太阳光的光谱中，他发现了574条黑线，这些线被称作夫琅禾费线。人们已经发现了三万多条。

夫琅禾费由于发现了太阳光谱中的吸收线，认识到它们相当于火花和火焰中的发射线，以及首先采用了衍射光栅（也曾制成了各种形式的光栅），也可被认为是光谱学的奠基者之一。1821年，他发表了平行光通过单缝衍射的研究结果（后人称其为夫琅禾费衍射，远场衍射），做了光谱分辨率的实验，第一个定量地研究了衍射光栅，用其测量了光的波长，以后又给出了光栅方程。

夫琅禾费衍射使用惠更斯－菲涅耳原理，藉以把通过圆孔或狭缝的一波动分成多个向外的波动，使用透镜来有目的地衍射光的观测实验一般被用作描述这个原理。当波动通过时，波动会被衍射分成两个波动，之后以平行的角度各自行进，后面跟着进来的波动亦是如此，在观测时把屏幕放在行进路线上来看成像条纹这个方法就用到这样的原理。

观测时，会看到菲涅耳衍射所产生的圆孔成像，大小与形状会与原来的圆孔不一样，即是说边缘多少会有一些锯齿在，但是夫琅禾费衍射的成像则只有大小的改变，这是因为远场的波动比较接近平行光束及平面波的性质。远场衍射条纹可在校准好的透镜的成像平面上被观测到（大小除外）。点状光源在衍射屏产生的远场条纹可在光源的成像平面上被观测到。

假如一光源与观察用的屏幕离衍射圆孔（可以是狭缝）足够远的话，到达圆孔及屏幕的波前可被视为准直或平面波。菲涅耳衍射（或近场衍射）只会在上述情况不被满足时发生，而这时就需要考虑到入射波前的弧度。在远场衍射中，如果观测屏幕在圆孔不动时往后移动，则产生的条纹会一致地改变大小。但近场衍射则不会这样，衍射条纹的大小与影状都会改变。

要做到夫琅禾费狭缝衍射，可以使用两块透镜及一片屏幕。使用点状光源及准直透镜可以做出平行光束，然后这光束会通过狭缝。狭缝后会有另一块透镜，把平行光束聚焦到屏幕上作观测之用。同样的设置可用于多狭缝衍射，会造出不同的衍射条纹。由于这种衍射数学上并不复杂，实验设置可以很准确地找出入射单色光的波长。

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