diffract是英语中源于拉丁语diffringere(意为“破碎”)的动词,指波在传播过程中遇到障碍物或孔洞时偏离原路径的现象。该词在光学领域最早用于描述光波绕过障碍物边缘产生明暗条纹的现象,后扩展至声学等其他波动研究领域。
词源与定义
diffract一词最早见于1803年的光学文献,描述光通过障碍物时发生的路径偏转现象。其词源可追溯至拉丁语diffringere,由dis-(分开)与frangere(打破)复合构成,原指物体破碎产生的碎片化状态。在物理学语境下,该词特指波传播过程中因障碍物导致的波前破碎及后续干涉效应。
光学衍射现象
根据夫琅禾费衍射理论(1821年),当平行光通过宽度为a的单缝时,其强度分布遵循I(P)=I0 [sin(πa sinθ/λ)/(πa sinθ/λ)]2公式,其中λ为波长,θ为衍射角。衍射图样的典型特征包括:中心主极大亮斑宽度是相邻次级条纹的两倍,条纹角宽度与缝宽成反比关系。当使用波长600nm、缝宽15μm的光学系统时,焦平面上的零级亮斑半角宽度可达0.04弧度。
计算光刻中的应用
在半导体光刻中,掩模图形经光照产生的衍射波前通过光瞳调制后,最终在晶圆表面形成投影图像。计算光刻软件(如Calibre、Tachyon)通过光学邻近校正(OPC)技术消除衍射引起的图形畸变,确保纳米级线宽的精确成像。以248nm波长光刻机为例,需要采用反向光刻技术补偿衍射对250nm掩模线宽的影响。
衍射光学元件设计
衍射光学元件(DOE)通过表面微结构调控入射光的波前相位,实现激光整形、分束等功能。达曼光栅采用二值相位结构可生成等光强光斑阵列,涡旋相位板可将高斯光束转换为环形光斑。这些元件的制造需采用光刻和蚀刻工艺,结构精度达到亚微米级别。典型应用包括激光焊接用C形光束整形器、3D传感用结构光发生器等。
词形与相关短语
该词派生形式包括形容词diffractive(衍射的)、副词diffractively(以衍射方式)等。在X射线分析领域,与之相关的术语有赤道反射(equatorial reflection)、瑞利散射法(Rayleigh scattering method)等。声学领域的衍射研究则始于1825年,描述声波绕过障碍物的传播特性。