背景简介：
灵魂保卫者使用V型单缝进行衍射实验，发现在距离Z大于35cm后出现条纹上下宽度反转，认为是官科不能解释的异常现象。
针对该问题零度君使用多种手段复现该现象，除了一组外全部失败。针对这个过程，零度君和小伙伴们进行了实验→理论→再实验→理论验证的过程。结果表明，灵魂保卫者使用的光源并不合适，下面将会逐渐解开谜底。

首先我们先将光路图画出，其中S0位光源，S1为激光器或者激光笔自带的透镜组，这里将透镜组简化为一个凸透镜或者凹透镜，f为经透镜折射后光源到透镜的等效距离。如果你摘除了激光器的透镜组，那么可以定义f为0.

其他符号的规定：光波长为λ，衍射条纹的角宽度为θ（主亮纹宽度是2θ，这么简单的问题别问我为啥），宽度为X，半径为R，直径为D。其他条件如有需要再行列出。

正式开始，Part 1
零度君之前使用红外光和红光复现灵魂保卫者实验全部失败，相关实验和视频都已经发布，大家可以 去精品贴去找。
这里我要重点说一组我们成功复现的实验，这是用绿色激光器（λ=530nm）实现的，而相同的缝隙在红光（λ=650nm）和红外光（λ=1030nm）下都未能成功。其中绿色成功复现的这组大约在Z=0.5~1m之间出现了反转。
在Z=4m的图如下，可以看出上大下小。

Part 2
观察到这个特例之后零度君和小伙伴立即进行了多次验证，包括更换缝隙（包括材质）均能成功复现，但是换用其他光源则无法复现。因此我们怀疑是光源有问题。
后来一次偶然，我们果然观察到了下图这个现象：

上图是在激光笔没有经过任何障碍物直射时捕获到的图像，那一个个明晃晃的亮环可不是漫反射，这是小孔衍射的结果。其中中间那个最亮的叫做爱里斑（Airy）。产生小孔衍射的结果是激光笔的需要经过透镜调整光路来尽可能保证出射光平行，当调整光路的透镜太小的时候就会产生小孔衍射。
感觉看不清楚，还有一个更清晰的：

实际上，除了专业的激光光源之外（那镜头组是很大的），市面上的激光笔大部分由于本身尺寸和成本限制，都会有小孔衍射。比如之前零度君一直使用的红色激光器也有：

由于组装精度和透镜质量的问题，每个激光笔的参数其实都是略微有点不一样的，不过爱里斑的出现让我们有了测量这些参数的方法。

Part 3：
这里要说一下爱里斑，爱里斑的角度（亮斑边缘到光路中心的夹角）θ,airy=1.22λ/b。而角度我们是可以通过距离和爱里斑的直径算出来的。只需要测量两组数据就能直接测量到θ,airy的数值。
零度君分别对两个激光器测量了一下，红色的是视频里那个，不能复现实验；绿色的就是这次能复现实验的：
红色激光器：
距离Z+L=4m时，2R,airy,red=3.50mm；距离Z+L=2m时，爱里斑直径2R,airy,red=2.06mm。（距离由50分度游标卡尺测量）
这样我们就可以求出爱里斑的角度θ,airy,red=0.36E-3 rad (E表示10的N西方意思)
实验时L=40cm，因此我们可以通过简单的三角函数计算红色激光笔的f数值：
f,red=（3.5mm/2/0.36e-3rad）-4e3mm=860mm
对于绿色激光器：
距离Z+L=4m时，2R,airy,red=5.24mm；距离Z+L=2m时，爱里斑直径2R,airy,red=2.66mm。
同样可以求出爱里斑角度θ,airy,green=0.65E-3 rad
f值：f,green=60mm
从实验结果来看，绿光的f值要小得多，f值越大光越平行，所以绿光的平行度要差不少。
为什么要算爱里斑呢？这是因为我们用的光源不是理想光源，不仅不是理想光源，甚至本身就已经发生过一次小孔衍射了，这意味着我们是用了上一个衍射的衍射光来参与单缝衍射，这就让情况变得更加复杂了。具体怎么复杂，我们在下面的篇幅里好好讨论一下。

Part 4
我们先看爱里斑和缝隙的相对关系，下图是爱里斑与缝隙可能出现的三种关系，分别为：A，爱里斑远大于缝隙；B，爱里斑和缝隙差不多大；C；爱里斑比缝隙小

为什么要讨论爱里斑和缝隙的大小关系呢？这是因为爱里斑内都是衍射加强点，因此如果出现A那样的爱里斑完全大于缝隙的情况，那可以按夫琅和费衍射近似来处理；B实际上是临界状态，C则比较复杂，如果爱里斑小于缝隙那么，在荧光屏上我们看到的不仅是单缝衍射，还叠加了一个小孔衍射，这就会带来很多别的特性。
比如：如果衍射条纹比爱里斑还宽，就会有部分显不出来了......

我们的实验中L都是40cm，所以可以直接计算在缝隙位置时爱里斑的半径大小：
R.airy=θ.airy*(L+f)
对于红色激光器来说，f=860mm，也就是0.86m，则R,airy,red=0.36e-3rad*(0.86m+0.4m)=450μm
所以爱里斑的直径大约是900μm。而我们知道无论是零度君还是灵魂保卫者用的缝隙最窄处只有100μm左右，而物理规律表明对于可见光来说基本500μm足有是单缝衍射的极限。所以对于红色激光器来说，L=40时爱里斑的大小远大于缝隙。属于A型，因此零度君观察到的是经典的夫琅和费衍射图样。
那么问一个问题，L减小到什么时候会出现爱里斑小于缝隙宽度的C情况呢？这里不妨假设d=500μm，那么临界情况d=2*θ.airy*(L,red,max+f)，小学数学，可以很容易计算出L,red,max=-146mm。也就是说由于f值很大，哪怕你把光源直接怼到缝隙上都没法产生一个小于缝隙的爱里斑......
所以不管你怎么放，都肯定是A类型。这意味着无论怎么放怎么看都是经典的夫琅和费衍射，这也是为什么无法复现灵魂保卫者实验的原因。
下面我们计算绿色的。

绿色这个激光笔很奇葩，产生的爱里斑巨大无比，才4m居然到了5mm级别以上，怕不是买到次品了吧。
对于红色激光器来说，f=60mm，也就是0.06m，则R,airy,green=0.65e-3rad*(0.06m+0.4m)=300μm
换算成直径的话也就600μm，已经和缝隙比较接近了，可以算作是B或者C了。

@灵魂保卫者 来看看什么是做实验，什么屎实验数据分析。

@灵魂保卫者 你除了几张图和大白话，其它什么都没有，就证明别人错或推翻别人，一开始就是个笑话。

我大胆的预测，@灵魂保卫者 你仍然会单方面宣布胜利。

Part 5
那么问题来了，如果爱里斑和单缝衍射条纹同时投影到荧光品上会怎么样......由于菲涅尔衍射的解析解几乎不是人类能处理的东西，零度君尝试了很久之后终于找到了一个应该大家都看得懂的方法。
对于夫琅和费单缝衍射的条纹宽度△θ,single=λ/d，那么条纹宽度x,single=Z*△θ,single
对于小孔衍射，爱里斑的大小我们已经讨论过了，R,airy=θ,airy*(f+L+Z)
红光部分我们已经说过了，没有必要继续讨论；主要看绿光：此时θ,airy=0.65e-3rad，f=0.06m，L=0.40m，λ=530nm，则R,airy=(0.65Z+0.3)mm
对于缝宽200μm时：x,single=2.65Z
同样缝宽300μm时：x,single=1.77Z
400μm时：x,single=1.33Z
500μm时：x,single=1.06Z
以此类推，
我们将这几个线画出来：

可见在多数情况下当Z超过一定值后，单缝衍射条纹就会宽于爱里斑，但是我们也要知道，但是我们也要知道超过爱里斑之后衍射普就不会连续了，所以当Z超过一定距离后产生衍射图谱的变化是复合官科理论的。但要清楚产生这种变化的根源在于光源自带了个小孔衍射，而不是缝隙导致的。

好的，谢谢 零度君 的 实验 和 分析计算。千言万语 归结到 一句话，在 市面上 能 搞到 没有 小孔衍射 的 激光器 吗 ？ 能的话 灵魂的保卫者 用 没有 小孔衍射 的 激光器 做一做 实验 就 清楚了

Part 6
我们把小孔衍射的单缝衍射宽度（半径）相等的条件画出来，看看会怎么样：

在缝隙的最窄处，其实差别不大，在缝隙超过500μm后单缝衍射想要达到爱里斑的大小怕是就比较困难了，根据计算对于800μm的缝隙需要超过24米的距离才有可能发生变化......
所以我们推测当双缝宽度超过爱里斑的宽度后就会发生衍射异常，按照上述的计算，对于我们的绿光实验衍，射异常发生在大约0.5~1m是复合预期的。但是菲涅尔小孔衍射和双缝衍射是如何叠加的这个问题怕是比较麻烦，因为这不是两个独立光源的衍射叠加，按照菲涅尔衍射来借积分的话怕是我这一摞A4纸都不够列方程的......
我们大体上定性的讨论一下这个过程：如图，如果在缝隙位置上爱里斑和缝隙是下面的关系，如果把爱里斑周围的微弱光线忽略不计的话，则实际上参与衍射的是右侧的样子，在弧线AD区域，有效的缝宽d实际上是从下往上逐渐减小的，因此有效缝隙宽度的变化趋势实际上是可能与缝隙本身相反的，这样产生相反的衍射结果也就是合情合理的了。

更进一步的讨论等零度君有时间看看数值模拟能不能解决吧。不过我们还是想到了一个验证这个理论的实验，请看下面。