一、衍射简介
在我们的生活中，接触最多的当属光了，光同时具有波动性和粒子性，光的粒子性表现在光的几何特征上，比如光的折射和反射，与此同时光还具有波动性，而最能体现光的波动性的特征就是光的衍射了。
光的衍射是指光波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。当光遇到狭缝或者小孔时，会在后面形成不同的图案。小孔衍射会形成一圈一圈的圆环，方孔形成十字光斑点，单双缝形成明暗相间的条纹，光栅则是形成一排光斑。在衍射物与接收屏距离一定的情况下，衍射图案取决于衍射物尺寸，如小孔半径、方孔边长等。
在以往的物理实验教学中，老师们在理论方面会根据菲涅尔衍射理论和夫琅禾费衍射理论告诉学生，不同的小孔衍射图案应该是什么样的；而在实验方面老师往往只用几个固定尺寸的衍射物来演示，让学生看到不同衍射物的衍射图案是什么样的，但是没有让学生看到随着衍射物尺寸的变化，衍射图案是怎样改变的。能观测到衍射图样随衍射狭缝或衍射圆孔尺寸的变化，一直是多年来老师们的梦想。基于这个需求，很多科研工作者都在努力解决这个问题，例如天津中德应用技术大学杨广武教授研发的便携式波动光学演示仪YR-101A型，通过机械的办法更换狭缝或圆孔的尺寸，受到老师们的欢迎。本期公众号介绍一款锐光凯奇研发的使用DMD的新型衍射仪，它的特点是衍射器件的尺寸可以连续改变，而且同时观测到相应的衍射图样的变化，这个系统的研发得到了北京科技大学物理系的大力支持，借此机会表示感谢！
二、DMD简介
DMD是一种数字微镜阵列，在DMD的工作区域，有480×854个反射镜，每一片反射镜可以有两种状态，向左翻转或者向下翻转，还可以单独控制每一片反射镜。当一束光射到DMD时，可以控制DMD工作区域内的光线是反射向左还是反射向下，基于DMD的这种独特的功能我们开发出来了一种新型的衍射仪。
如果让工作区域内的一列反射镜向左翻转，其它的反射镜向下翻转，当一束光射到DMD上时被向左翻转的反射镜反射出来的光就会产生单缝衍射现象。若是两列反射镜，当两列挨在一起时就是缝宽增加一倍的单缝，当两列没挨在一起时，就是双缝，在原先产生单缝衍射的区域上我们就能看到双缝衍射的图案了。由于DMD可以实时的改变每一个反射镜的状态，衍射物也可以随之改变，从而得到不同衍射物产生的衍射图案，除了单双缝以外，还有小孔大小、方孔大小、光栅常数等都可以实时改变。
图1. DMD上单双缝
图2. DMD上单单缝
图3. DMD上单方孔
图4. DMD上单圆孔
图1-4为DMD上的衍射物。
三、DMD衍射仪简介
DMD衍射仪是基于DMD开发的新型衍射仪器设备，可以实时观察到衍射图案随衍射物的改变而改变。
图5. DMD衍射仪
图5中的DMD衍射仪是用一束波长为632nm的激光垂直打在DMD上，经过DMD的反射，在CCD上成像，得到不同的衍射图案，CCD位置可调，如果移开CCD，衍射图案可直接使用一块白屏接收。当改变DMD（衍射物）的形状、尺寸时，衍射图案也就实时的跟着改变了。
图6. DMD
视频：DMD单缝缝宽减小演示
图7为视频中使用的单缝，缝宽按照图片中0-9的顺序依次变窄。从视频中可以观察到随着缝宽的减小，衍射图样中央亮纹不断变宽，同时衍射图案向外扩展。
图7. 缝宽变化
最早的杨氏双缝干涉实验其实只是证明了光的波动性。而在双缝干涉实验出来之后，无数的科学家在原有的实验基础上做了众多改良，可谓越改越变态，当然结果也越来越让人困惑，甚至让有些人感觉恐怖。
其中的单电子双缝干涉实验，第一次证明了粒子的波粒二象性。也否定了之前大多数人的错误认知，认为一大群粒子的时候表现为波动性，单个粒子的时候表现为粒子性。
后面的延迟选择实验以及擦除实验，本质上其实是证明了，单个的粒子运动状态随着测量变化而变化，选择性地表现出粒子性或波动性。也就是说，我们同时只能测量粒子的一种状态，要么测量到它的粒子性，要么测量到它的波动性，无法同时测量到它的两种特性。
而且同时证明，在测量粒子的过程中，只要还未形成最终的判定，粒子的所有行径过程视为不存在，而只能以概率波的形式来描述。这里的概率波并不是我们常规意义上理解的波动性。这里的概率波是纯粹的数学概念，也就是说在粒子的运动过程中，只要还没有发生测量，可以宣称它不存在。大多数人对双缝干涉，觉得恐怖是因为把观测和人的意识结合了起来，以为是人的意识决定了测量粒子的运动状态，其实并非如此。当然以上的所有结论，很多人都会觉得难以理解，因为完全和我们日常的经典认知不同。就目前的科学而言，除了高维理论，没有任何理论能解释为什么是这种结果。所以说，对于量子的运动状态，我们现在只能应用，还无法得出公认的科学原理。
感兴趣的读者可以重复双缝实验，看看它的“恐怖”之处，当有观测者的时候，根本就不会出现干涉条纹，而没有观测者的时候，干涉条纹又诡异的出现！感兴趣的读者可以参考下边的链接了解更多的细节。
http://www.360doc.com/content/19/0725/18/40070800_850987467.shtml
https://www.sohu.com/a/316436269_120097420