干涉与衍射

干涉与衍射

学院：化学化工 班级：10（2）班 姓名：侯伟 学号：10233133 【摘要】干涉和衍射现象是一切波动所特有的,也是用于判断某种物质是否有

波动性的判据。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性。从理论上分析,干涉和衍射都是光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为：对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光,当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3,······的矢量和,即：E=E1+E2+E3······=∑Ei，而在相遇区外，各列光波仍保持各自原有的特性（频率，波长，振动方向等）和传播方向继续传播，就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。

【关键词】干涉 衍射 异同点

1 光的干涉

光的干涉的广义定义为“两束（或多束）频率相同，振动（偏振）方向一致，振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后，其强度分布和原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”。对于这种定义，从方法论的角度看，是一种外延定义法——凡是不属于“非相干叠加”的叠加，均属于“相干叠加”。同时很多教材根据光强空间分布的明显差别，也给出了光的干涉的狭义定义“满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后，其合振动在有些地方固定的加强，有些地方固定的减弱，强度在空间有一种周期性变化的稳定分布,这种现象称为光的干涉”。这种狭义定义也是我们这里所要讨论的重点。根据定义我们知道光的干涉是有限束光波沿直线传播时，在遇到障碍物后相干叠加，由于接受屏上相干光的相位差而引起强度分布变化。为了突出“相干叠加”与“非相干叠加”在空间强度分布的明显的差别，又有了狭义的定义：“满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后，其合振动有些地方固定的加强，有些地方固定的减弱，强度在空间在有一种周期性的变化的稳定分布”。简单的说，光的干涉就是因波的叠加引起强度重新分布的现象。产生干涉现象的条件是：（1）参与叠加的各波同频；（2）对于矢量波，只有参与叠加的各波振动的平行分量相干； （3）参与叠加的各波之间具有固定的相位差。

?2 光的衍射

光的衍射的定义从广义上说是光在传播过程中，遇到障碍物时产生的偏离几何光学规律从而引起光强重新分布的现象，也称为绕射。该定义指出光的衍射是一种区别与几何光学规律的光的传播现象。当所选光学元件的尺度与波长相当时，光的传播现象明显不同于几何光学所描述的。它也明确给出了产生衍射现象的条件“光波遇到障碍物”，对于任何一束光都会因在空间传播过程中遇到障碍物而使自由波面受损，从而改变波前复振幅，使光表现出衍射行为。障碍物的大小只不过是影响衍射条纹明显的条件，而不是产生衍射的必要条件。

让我们在日常生活中来观察光的衍射现象，伸出你的手，把两个指头并拢靠近眼睛，通过指缝观看电灯灯丝，使缝与灯丝平行，可以看到灯丝两旁有明暗相间的并带有彩色的平行条纹，这就是光通过指缝产生的衍射现象。

“光在传播过程中遇到障碍物时产生的偏离直线传播的现象，称为光的衍射”。从广义上讲，光在传播过程中，遇到障碍物时产生的偏离几何光学规律传播从二光强重新分布的现象，都称为衍射。

光的直线传播和衍射现象是有内在联系的，衍射现象是光的波动特性的最基本的表现，光的直线传播不过是光的衍射现象的极限而已。惠更斯－菲涅尔原理指出。在同一波面上所有各点所发次波在某一定点的叠加，当波面完全不遮蔽时，叠加的结果仍形成光的直线传播，如果波面的某些部分受到遮蔽或者说波面不完整，以致这些部分所发次波不能达到观察点，叠加时缺少了这些次波的叠加，便发现有明暗条纹的衍射现象。

3 光的干涉与衍射的异同点

通过对干涉、衍射现象，以及双缝实验的分析，得出干涉和衍射以下几方面异同点：

(1) 光的干涉和衍射都是重要的光学现象，都是建立在波动光学基础之上的概念，它们之间不存在物理实质上的差别都是次波相干叠加引起的结果。

(2) 光的干涉是光沿直线传播，在有限数量的光束之间由于光程差的变化而形成叠加效应；衍射是光在传播过程中由于波阵面受到限制，光的传播偏离了原来传播的方向，使无穷多个次波之间由于光程差而形成叠加效应。

(3) 在计算某场点P的光强时，对于干涉数学上采用分离的有限项求和的办法，用矢量图解时，其矢量图为折线图；而对于衍射在数学上处理是采用连续域上求积分的方法，用矢量图解时，其矢量图为光滑的圆弧。

(4) 从现象的表现上来看，干涉图样是明暗相间，光强分布均匀的等距条纹；衍射图样的条纹间距不相等，光强分布相对集中，其中零级衍射集中了衍射光能的90﹪。

(5) 当缝宽a<

(6)虽然干涉和衍射有所区别，但两者并非对立的。它们可以被视为一个统一的现象，都是波的相干叠加结果。只是由于各种条件的不同，在一定的条件下，相对地表现出干涉或衍射现象而已。

结束语

通过对干涉和衍射的相关知识的学习，我们知道两者都是光的波动性的表现，都是光在遇到障碍物后所表现出的光强不均匀分布。两者在本质上是统一的，共处于“线性波的相干叠加”这个统一体中，并在一定的条件下发生转化。在学习过程中，我们可以尝试借助双缝实验(双缝干涉和双缝衍射)，从两者的光强的分布特点，计算方法，条纹分布情况等方面对比性地认识干涉与衍射的异同点。这样可以帮助我们较深入地理解干涉和衍射现象的实质。当然文中提供的观点和方法还有待在今后的学习实践中不断积累和完善。

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