胡志刚，李佳迅，苏开齐，胡清雨，朱昨磊，郑琳丽，邓邦林

(成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059)

2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT)和2018年中国大学生物理学术竞赛(CUPT)中有题目为“Radiant lantern”(灯光四射)，描述了以下问题：在晚上给点燃的提灯拍照，会有大量从提灯中心发出的光线显示在照片上. 试解释并探究这一现象. 在运用相机拍摄点亮的提灯时，得到了相应的射线的现象. 光线在经过相机镜头时，传播方向发生偏离，这种光线偏离初始传播方向的现象与光学中的衍射现象[1]是相同的. 本文从衍射的角度出发，引入光的衍射公式，尝试解释照片中点亮的提灯中心发出大量射线的原因，并通过Mathematica计算仿真[2]，探究相关物理量对实验现象的影响，并设计实验定性验证仿真结果.

1 理论分析与模拟仿真

1.1 射线现象成因

单反相机成像示意图[3]如图1所示. 外部景物的光线依次通过镜头组、光圈、反光镜，最后通过五棱镜的2次反射穿过取景器. 拍摄时按下快门键，反射镜抬起，光圈预缩到设定的大小和形状，光线入射到胶片上. 光线在经过照相机后发生了衍射，实际过程对应着按下快门，光圈缩小，光在经过较小的障碍物光圈后发生了衍射.

图1 单反照相机成像示意图

照相机的简化光路如图2所示，惠更斯-菲涅耳原理[1]为

(1)

其中，C为比例系数；K(θ)为倾斜因子，其值随着θ增大而减小；A(Q)为分布函数，即光强振幅通过光圈以后在Σ小孔上的分布；r为光圈上的点到屏衍射点的距离，k为……