光的衍射现象的观察和特点。衍射是一切波所共有的传播行为。日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的，易为人觉察。但是，光的衍射现象却不易为人们所觉察，这是因为可见光的波长很短，以及普通光源是非相干的面光源。当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时，在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。在实验室中，过去用碳弧灯这类强点光源，而广泛采用氦氖激光器作光源来显示衍射现象，收到了良好的效果（图1）。衍射现象具有两个鲜明的特点：
①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。
②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。理论上表明光孔横向线度ρ与衍射发散角
Δθ之间存在反比关系
ρΔθ≈λ。
当光孔线度远远大于光波长λ时，衍射效应很不明显，近似于直线传播。当光孔线度逐渐变小，衍射效应逐渐明 显，在远处便出现亮暗分布的衍射图样。当光孔线度小到可以同光波长相比拟时，衍射效应极为明显，衍射范围弥漫整个视场，过渡为散射情形。
惠更斯－菲涅耳原理 是处理光的衍射的近似理论，惠更斯－菲涅耳原理可以表述为：波阵面∑上的每个面元d∑，可看成为一个新的振源（次波源），它们发出次波；波场中任意处P点的扰动是所有次波到达该点的次级扰动的相干叠加（图2）。
如用复振幅（包括振幅和位相）描述波场，若一个次波到达场点的次级扰动为d堚(P)， 则场点的总扰动为
式中次级扰动的振幅和位相由以下诸因素决定：
──次波源的微分面积，──次波源本身的复振幅，
──次波源发射球面波，
──倾斜因子，说明次波面源的发射具有一定的方向性。 60余年后，G.R.基尔霍夫从定态波场的亥姆霍兹方程出发，利用矢量场论中的格林公式，在kr1近似条件下，导出了无源空间边值定解的积分形式为式中各量的意义参见图3,并指明凡是隔离实际点光源与场点的任意闭合面∑都可以作为积分面（波阵面），它不一定是等相面。上式称为菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式，它与由朴素的物理思想所构造的衍射积分相比较，两者的主体部分是相同的，只是前者明确地给出了倾斜因子和比例系数的具体形式。
显然，惠更斯-菲涅耳原理的提出不是为了解决光的自由传播问题，而是为了求解光通过衍射屏以后的衍射场。为此，取波阵面为包括光孔面∑o、光屏面∑1和无穷远处的半球面∑2等三部分构成的闭合面。基尔霍夫进一步提出（图4）：∑0面上的光场堚0(Q)取自由波场，∑1面上的光场取0，无穷远面上的光场对场点的贡献为0,这称为基尔霍夫边界条件的假设。于是菲涅耳－基尔霍夫衍射公式中的积分区域就限于光孔面。基尔霍夫边界条件的假设看来是比较自然的，但它并不严格成立。光是电磁波，严格的衍射理论应是高频电磁场的矢量波理论。光屏是实物组成的，应考虑光与屏物质(导体或电介质)的相互作用，结果就扰动了光孔面上的原有光场，而且也不会使得光屏面上的光场断然为0。但是理论表明，严格的边界条件与基尔霍夫边界条件给出的场分布的显著差异，仅局限于光屏或光孔边缘邻近区域波长量级的范围内。对于光波，由于其波长往往比光孔的线度小很多，故采用基尔霍夫边界条件所产生的误差不大。但是，对于无线电波的衍射就需要用较严格的电磁理论。于是，菲涅耳-基尔霍夫衍射积分式中的积分面只遍及光场不等于零的光孔面∑0。在光孔和接收范围满足旁轴条件下，倾斜因子，衍射积分简化为式中r0是衍射屏中心到场点的距离，上式是计算衍射场的一个实用公式。 从衍射积分（傍轴）式中可以看出，对各种衍射屏来说积分核是相同的，衍射场的不同分布是由瞳函数堚0(Q)或光场不等于零的光孔面∑0的形状和大小等两方面的差别而引起的。可能导致光波衍射的障碍物（屏）的品种是多种多样的，凡是使波阵面上的复振幅分布发生改变的物，统称为衍射屏。衍射屏可以是反射物或透射物，诸如圆孔、矩孔、单缝等一类中间开孔型的，有小球、细丝、墨点、颗粒等一类中间阻挡型的，有反射闪耀光栅、透射黑白光栅、菲涅耳波带片、正弦型光栅等周期型的，也可以是景物的一幅底片、一张图像、一页数码字符等复杂型的，还可能是透镜棱镜等一类位相型的衍射屏。
以衍射屏为界，整个衍射系统分成前后两部分（图5）。前场为照明空间，充满照明光波；后场为衍射空间，充满衍射光波。照明光波的波型一般比较简单，常用球面波或平面波，这两种典型波的等相面与等幅面是重合的，属于均匀波，其波场中没有因光强起伏而出现的亮暗图样。衍射波比较复杂，它不是单纯的一束球面波或平面波，其等相面与等幅面一般不重合，属于非均匀波，其波场中常有光强起伏形成的衍射图样。在衍射系统分析中注重三个场分布。一是衍射屏左侧的入射场堚1(x,y),它是入射光波阵面函数；二是衍射屏右侧的透射场堚2(x,y),当然也可以是反射场，它是衍射场波阵面函数；三是衍射波向前传播而到达接收屏幕上的光场函数 堚(x′，y′)。将堚1场变换为堚2场的是衍射屏的作用，由堚2场导出堚场是衍射问题的基本提法，也是光的传播问题的基本提法，其理论根据就是惠更斯-菲涅耳原理。由此可见，本质上说，光波衍射就是波阵面变换。
