为什么小孔成像实验不会产生泊松亮斑？

为什么小孔成像实验不会产生泊松亮斑？

答：

泊松亮斑的原理是光的衍射。使用单色波（比如激光）照射一个尺度比较小的圆屏或者圆球，可以在圆球后方适当距离处在圆球阴影的中心观察到一个亮斑，这就是泊松亮斑。观察到泊松亮斑的最佳圆球尺寸应该与单色光波长相当（可见光约500纳米左右）；实验上，圆球直径在一到两个毫米时，仍能观察到肉眼可见的泊松亮斑［1］。具体计算可用半波带法或矢量图解法［2］进行计算。

泊松亮斑实验［1］

小孔成像利用的是光的直线传播。物体表面反射的光通过小孔投到屏上，物体不同位置上的光投到屏上的不同位置，形成倒像。如果光孔过大，物体反射光就会发散到屏上形成一个圆斑，导致像的模糊。

小孔成像示意［3］

然而，如果小孔过小，则衍射效应不能忽略（对就是泊松亮斑的衍射，只不过这里是圆孔衍射），同样导致光的发散和像的模糊。同时考虑这两个效应，一般认为小孔直径d与反射光波长λ、针孔到屏的距离L的最佳关系为 λ，C为比例系数，不同模型的取值在1.4到2之间［3］。

总而言之，泊松亮斑和小孔成像的主要原理不同，泊松亮斑是圆屏衍射；而小孔成像是光在小孔的限制下直线传播，同时有一定的圆孔衍射产生的不利影响。泊松亮斑的形成条件相比小孔成像要严苛得多

参考资料：

泊松亮斑实验

钟锡华，现代光学基础，北京大学出版社，2003

针孔相机与昆虫复眼

by 藏痴