其实，这个是光学中一个很基本的概念，但是，为什么要介绍这个呢？因为这是有关光本性争论的一段重要科学史；而且这个过程体现了科学探索中的诸多美好：1. 对于我们热爱、所从事的工作，要有足够的专业基础。2. 敢于质疑，有探索精神，独立思考。3. 坚持自己的想法，不要不加思索地信服他人的说法（即便高水平的人也是有小概率犯错的）。
泊松亮斑是光学中的一种衍射（衍射可以简单地理解为光遇到障碍物后所表现的一种偏离原来直线传播方向的一种物理现象）现象。简单地说，如下图Fig. 1[1]所示，由S点发射的球面波（简单理解为一个点源向外辐射，球面波的等相位面是一个球面）经过圆屏D（侧视图用一矩形表示）在接收屏上的P点其实是一个亮斑，而非暗斑，接收屏的衍射图样如图Fig. 1 (b)所示。
Fig.1 菲涅尔圆屏衍射，图片来自文献[1]
在说明为什么P点会是亮斑之前，先说一个小故事[2]。在19世纪初，有关光的波动学说其实已经得到了证明，因为在1807年托马斯.杨（Thomas Yong）已经提出并做了双缝干涉实验，干涉现象已经表明了光的波动性。但是，当时还是有很多人是牛顿的光微粒学说的支持者，其中就有法国的数学家、工程师、物理学家泊松（Simeon Denis Poisson）。1818年，法国科学院搞了一个竞赛，题目就是让竞赛者证明光传播的特性以揭示光的本质。一个土木工程师菲涅尔（Augustin-Jean Fresnel ）参加了这个竞赛并提交了他的光的波动学说的论文。这个竞赛的评委之一就是泊松，因为他是光粒子学说的支持者，他当然不喜欢菲涅尔的文章了，就试图研究他的理论并去否定他的理论。泊松利用自己极强的数学功底去验证菲涅尔的理论，后来他发现若是按照菲涅尔的理论，光通过一个圆形障碍物后在光轴上会存在一个亮点，这明显违背光的微粒学说，泊松认为这是明显的错误。但是，这个竞赛委员会的负责人阿拉戈（Dominque-Francois-Jean Arago）决定通过实验验证菲涅尔的理论，他让蜡烛发出的光经过贴在玻璃板上的的金属磁盘，最后，他们实验观察到了亮斑，证明了菲涅尔的理论，同时，也再次证明了光的波动性。
接下来，简单说明为什么会存在泊松亮斑。解释这个衍射现象有比较精确的数学描述，你可以随意找一本光学教材，基本都有介绍。为了简单、形象地描述，这里利用菲涅尔波带法来解释这个圆屏后的亮斑。菲涅尔波带法可以通过下图来理解，
Fig.2 菲涅尔波带，图片来自文献[1]
以观测屏与光轴的交点，即观测点P为中心，作半径为
的一系列球面，这些球面与衍射屏的交汇便是Fig. 2 (b)所示的一系列圆环，当时，易证这些圆环的面积相等。那么P点的振幅就可以看作光透过多少个波带到达了P点，这些波带在P点产生振幅的叠加即是P点的振幅强度。由于每个波带的面积相等，那么每个波带最终到达P点的振幅大小就取决于它们之间的距离了。因为相邻波带到P点的距离皆相差，因此，相邻波带到达P点的相位相差，因此，相邻波带到达P点的振幅的符号不同（一正一负）。接着，我们分析如Fig. 1中所示的装置中P点的振幅（光强正比于振幅的平方，因此振幅可以表征光强）。如图为半径的球面与衍射圆屏所在的平面所交的波带到达P点的振幅为，这样向外延伸就有个波带，设第个波带到达P点产生的振幅为,则P点的总振幅为。当为奇数时，P点的总振幅为
当为偶数时 ，P点的总振幅为
由于单调下降，而且缓慢变化（在,且足够大）近似有，因此P点的总振幅为：
由于，则有，因此可见圆屏衍射永远是一个亮斑，而且P点的总振幅为第一个波带在P点产生振幅的一半。
其实，这个是光学中一个很基本的概念，但是，为什么要介绍这个呢？因为这是有关光本性争论的一段重要科学史；而且这个过程体现了科学探索中的诸多美好：
对于我们热爱、所从事的工作，要有足够的专业基础。
敢于质疑，有探索精神，独立思考。
坚持自己的想法，不要不加思索地信服他人的说法（即便高水平的人也是有小概率犯错的）。
热爱我们的热爱，保持热情，不跟风，保持独立思考。实在不想思考，那就去相信主流、权威的媒体（因为他们犯错误的概率极小）。
References
梁铨廷.物理光学（第四版）.北京：电子工业出版社，2012. ↩
https://en.wikipedia.org/wiki/Arago_spot
知识笔记---泊松亮斑.jpg
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