为什么激光光束（或其反射）会看起来有颗粒感？
激光光束或者它反射出来的光，有时候会呈现出一种奇妙的、细碎的颗粒状外观，这可不是魔法，而是背后有意思的物理原理在作祟。你有没有注意到，很多时候我们看到的激光束，尤其是在有烟雾、灰尘或者水汽的空气中，那条线就好像是由无数个小亮点组成的？或者当激光打在一个粗糙的表面上，反射过来的光也一样显得“毛毛糙糙”的？这背后主要跟两个“罪魁祸首”有关：光的衍射和散射。
咱们先来说说衍射。光波在传播过程中遇到障碍物或者通过狭窄的缝隙时，会发生弯曲和扩散的现象，这就是衍射。虽然我们平时觉得激光束很“直”，但实际上它并不是一条完美无限细的光线。任何光源，包括激光器内部的发射机制，都不可能产生一个理论上无穷小、完全没有扩散的光点。激光器的输出光束，即使是质量很好的，它的光斑也是有一定大小的，而且在传播过程中也会受到物理限制，比如光束本身的扩散。
激光器内部是怎么工作的呢？它通过共振腔产生光，然后从一个有一定开口的腔体射出来。这个开口本身就是一个小小的衍射屏。光波通过这个有限的开口时，就会发生衍射，导致光束有一定的发散角。即使在理论上，我们也不能得到一条完全没有宽度的光束。更进一步说，即 जेव्हा激光传播到空气中，那些空气中的微小粒子，比如灰尘、水滴、烟雾颗粒等等，它们的大小和分布情况，都会对光波产生影响。光波遇到这些微小的粒子时，就会发生衍射，导致光线向各个方向散开，而不是一条直线前进。
你可以想象一下，光就像水波一样。你把一块石头扔进水里，水波会向四周扩散。当这些水波遇到一个很小的障碍物时，它们会绕过去，并且在障碍物后面形成一些小的涟漪。同样地，当激光遇到空气中的微小粒子时，光波也会发生“绕射”和“扩散”。
然后我们再说说散射。散射是指光波遇到介质中的不均匀性，然后向各个方向传播的现象。空气中总是漂浮着各种各样的微小粒子，这些粒子就是散射的“元凶”。当激光束穿过这些充满粒子的空气时，一部分光会被这些粒子散射开。
这些被散射的光，它们传播的方向就变得杂乱无章了。我们之所以能看到激光束在空气中形成的那条“线”，正是因为那些被散射到我们眼睛里的光。而这些散射的来源，是空气中那些肉眼难以看见的微小粒子，它们并不均匀地分布在那里。所以，当我们观察激光束时，我们实际上看到的是无数个小粒子散射出来的光点汇集成的路径。
特别地，如果激光照射在一个粗糙的表面上，情况就更明显了。粗糙的表面意味着它上面有许许多多微小的凹凸不平。当激光打在这些凹凸不平的地方时，每个微小的凸起或凹陷都会像一个微小的衍射或散射中心。每个点散射出来的光，方向都略有不同。这些来自无数个微小表面的反射光混合在一起，就会让我们看到一个“颗粒状”或者“毛茸茸”的反射光斑。
而且，激光器的光本身也不是绝对“纯净”的。即使是高品质的激光器，其输出的光束也可能存在一些相位上的不均匀性或者强度上的微小波动。这些内在的“缺陷”，在传播过程中经过衍射和散射的作用，也会被放大，最终呈现出我们看到的颗粒感。
所以，下次你看到激光束的颗粒感，别觉得奇怪。那其实是光在和我们周围的世界“互动”时，最真实的一种表现。它让我们看到光的波动性，以及我们所处的环境并非完美光滑的真相。这就像看星光一样，有时候闪烁的星星看起来会有一点点“跳动”，那是因为星光穿越了地球大气层中不同密度和温度的空气层时，发生了多次的折射和散射。激光的颗粒感，可以说是它在可见的“路径”上，与空气中的微粒互动产生的一种“视觉痕迹”。
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网友意见
恭喜你慧眼如炬发现了激光散斑现象！这本质上是光的干涉效应。激光具有良好的单色性和相干性，当它照射到一般物体的粗糙表面上、从凹凸不同的地方反射到眼睛里时，会有一个微小的光程差，它们相互干涉，有的相长，有的相消，从而形成明暗分布的斑点。这里粗糙是相对于光的波长（几百纳米）而言的。类似地，激光透过表面粗糙的玻璃（如浴室的毛玻璃）时，从背面也可以观察到细小的散斑。
然而以上知识点太简单了，我们可以做一些稍加深入而有趣的拓展。当反射面或投射面上的凹凸起伏随机时，散斑没有明显规律；而如果在透明板上特意设计和制作一些图案P，就可以让出射的无数束光相互干涉（其实就是衍射）形成特定的图案P’，二者可以用傅里叶变换联系起来。玩具激光笔的前置图案头、酷炫的全息图等都与这个原理相关。
举个最简单的例子，你可以在镜子上划一道痕迹（挨打概不负责）或者放一根头发（脱发请自珍重），用激光照射并反射到墙上，很容易观察到明暗相间、整齐排列的单缝衍射条纹；或者运气好的话照到圆形的坑点或细小的灰尘，会在墙上投影出一系列类似牛顿环的同心圆来。麻雀虽小，五脏俱全，可别小看普通的激光笔哦， 在家里完成这些实验毫无压力，快去试试吧！另外特别提醒一下，由于波长越长衍射效应越明显，选用红色激光会比绿色、紫色的更容易观察哦。
备注：如果激光几乎垂直入射到镜子上，再接近原路返回，也会在墙上投影出一系列类似牛顿环的同心圆来。这个现象也很有趣，是我之前科普课堂上设计的等倾干涉简化版，无需后置透镜。然而这里需要激光并非完全平行，有轻微的发散角，并不适合作为干涉演示的标准模型。故此处略去。
本回答部分内容原载中科院物理所微信公众号 周五问答专栏第63期 链接： http://mp.weixin.qq.com/s/aV6H-HSUFtBhBhuKOm_ptg 我们是一个几十人组成的校园科普社团。欢迎关注，谢谢支持！
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