干涉與衍射的區(qū)別

1、干涉與衍射的區(qū)別光學(xué)是物理學(xué)中較古老的一門(mén)應(yīng)用性較強(qiáng)的基礎(chǔ)性學(xué)科,要真正理解光，理解光場(chǎng)中可能發(fā)生的各種絢麗多彩的現(xiàn)象，必須從光的波動(dòng)性著手，只有從光 的波動(dòng)理論才能看出幾何光學(xué)理論的限度。光的波動(dòng)性最好的體現(xiàn)就在于光的 干涉和衍射。引言干涉和衍射現(xiàn)象是一切波動(dòng)所特有的 ,也是用于判斷某種物質(zhì)是否有波動(dòng)性 的判據(jù)。光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋，都有力地證明了光的波 動(dòng)性從理論上分析 ,干涉和衍射都是光波發(fā)生相干疊加的結(jié)果。光波疊加的原理 表述為：對(duì)于真空中傳播的光或在媒質(zhì)中傳播的不太強(qiáng)的光,當(dāng)幾列光波相遇時(shí)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二E

2、1+E2+E3 二刀 Ei而在相遇區(qū)外，各列光波仍保持各自原有的特性（頻率，波長(zhǎng)，振動(dòng)方向 等）和傳播方向繼續(xù)傳播，就好像在各自的路徑上沒(méi)有遇到其他的波一樣。光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋，都有力地證明了光的波動(dòng) 性但是，產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象的條件是不同的光的干涉現(xiàn)象需要相干光，即兩 列振動(dòng)情況總是相同的光源，在同一介質(zhì)中相遇例如從楔形肥皂膜上觀察到 的鈉黃光的明暗相間條紋，或從水面油膜上觀察到的彩色條紋，就屬這類(lèi)情 況，從薄膜的前后表面反射出來(lái)的光就是相干光而光的衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件 是障礙物或孔的線度與光波波長(zhǎng)可以比擬的情況例如從小孔觀察點(diǎn)光源或從 狹縫觀察線光源就屬這種情況光經(jīng)過(guò)小孔或狹

3、縫產(chǎn)生非直線傳播的現(xiàn)象，此 時(shí)便可在光屏上形成明暗相間的條紋其次，干涉條紋與衍射條紋也是有區(qū)別 的，以狹縫為例，干涉條紋是相互平行、等距（寬度相同）的；而衍射條紋是 平行而不等距的，中間最寬，兩邊條紋寬度逐漸變窄深入本質(zhì)：光的干涉和衍射是光的波動(dòng)性的二個(gè)基本特性 ,它們都是光振動(dòng)的迭加 ,其本 質(zhì)是相同的 ,那么為什么又區(qū)分為干涉和衍射，教材中曾有過(guò)這樣的解釋 :"干涉 和衍射之間并不存在實(shí)質(zhì)性的物理差別 .然而習(xí)慣上 （雖然并不總是適當(dāng)?shù)?）當(dāng)考 慮的只是幾個(gè)波的迭加時(shí)說(shuō)是干涉 ,而討論大量的波的迭加則說(shuō)是衍射 .盡管如此 , 同一現(xiàn)象在有些地方叫做多光束干涉 ,而在另一些地方則叫

4、做光柵上的衍射 ."干 涉現(xiàn)象與衍射現(xiàn)象的區(qū)別：1、干涉和衍射產(chǎn)生的條件不同：干涉是兩束相同頻率、振動(dòng)情況相同的光 波疊加而成，衍射是無(wú)數(shù)束光的疊加。2、條紋的情況不同：?jiǎn)紊怆p縫干涉圖樣是以中央明紋為中心在兩邊對(duì)稱(chēng) 等間距排列的條紋，亮度從中央向兩邊逐漸減小；單縫衍射的圖樣是間距不等 的明暗條紋，中央最寬最亮，兩旁的亮條紋強(qiáng)度逐漸遞減。光的干涉光的干涉現(xiàn)象的廣義定義為： “兩束（或多束 ）頻率相同，振動(dòng)（偏振）方向 一致振動(dòng)位相差恒定的光在一定的空間范圍內(nèi)疊加，其光強(qiáng)度分布與原來(lái)兩束 （或多束）光的強(qiáng)度之和不同的現(xiàn)象。 ”為了突出“相干疊加”與“非相干疊加 ”在 空間強(qiáng)度分布的明顯

5、的差別，又有了狹義的定義： “滿(mǎn)足一定條件的兩束（或多 束）光在空間疊加后，其合振動(dòng)有些地方固定的加強(qiáng)，有些地方固定的減弱， 強(qiáng)度在空間在有一種周期性的變化的穩(wěn)定分布 ”。簡(jiǎn)單的說(shuō)，光的干涉就是因波 的疊加引起強(qiáng)度重新分布的現(xiàn)象。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件是：（ 1）參與疊加的各波同頻；（ 2）對(duì)于矢量波， 只有參與疊加的各波振動(dòng)的平行分量相干；（ 3）參與疊加的各波之間具有固定 的相位差。光的衍射：讓我們?cè)谌粘Ｉ钪衼?lái)觀察光的衍射現(xiàn)象，伸出你的手，把兩個(gè)指頭并攏 靠近眼睛，通過(guò)指縫觀看電燈燈絲，使縫與燈絲平行，可以看到燈絲兩旁有明 暗相間的并帶有彩色的平行條紋，這就是光通過(guò)指縫產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。“光在

6、傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)產(chǎn)生的偏離直線傳播的現(xiàn)象，稱(chēng)為光的衍 射”。從廣義上講，光在傳播過(guò)程中，遇到障礙物時(shí)產(chǎn)生的偏離幾何光學(xué)規(guī)律傳 播從二光強(qiáng)重新分布的現(xiàn)象，都稱(chēng)為衍射。光的直線傳播和衍射現(xiàn)象是有內(nèi)在聯(lián)系的，衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)特性的最 基本的表現(xiàn)，光的直線傳播不過(guò)是光的衍射現(xiàn)象的極限而已?；莞狗颇鶢?原理指出。在同一波面上所有各點(diǎn)所發(fā)次波在某一定點(diǎn)的疊加，當(dāng)波面完全不 遮蔽時(shí)，疊加的結(jié)果仍形成光的直線傳播，如果波面的某些部分受到遮蔽或者 說(shuō)波面不完整，以致這些部分所發(fā)次波不能達(dá)到觀察點(diǎn)，疊加時(shí)缺少了這些次 波的疊加，便發(fā)現(xiàn)有明暗條紋的衍射現(xiàn)象。下面我們來(lái)研究一下光的干涉與衍射的聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系

7、：從同一波陣面上互相分離的各點(diǎn)，發(fā)出的分列的波，在觀察處振幅相加， 就成干涉；從同一波陣面上有限大的面積上連續(xù)的各點(diǎn)，發(fā)出的許許多多子 波，在觀察處，振幅逐點(diǎn)連續(xù)相加，就成衍射。干涉和衍射都是波的疊加，都是空間明暗不均勻的現(xiàn)象，都不符合幾何光 學(xué)的規(guī)律。前者是有限光束的疊加，后者是無(wú)數(shù)小元振幅的疊加；前者的疊加 用求和計(jì)算，后者的疊加用積分計(jì)算；前者不討論單個(gè)不完整波面的問(wèn)題，后 者專(zhuān)門(mén)討論單個(gè)不完整波面的傳播問(wèn)題。干涉和衍射都是波的疊加，但干涉離不開(kāi)光的衍射。如雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中， 若光線只能沿直線傳播，從雙縫中射出的光就不能疊加，也就不產(chǎn)生干涉現(xiàn) 象。而在衍射圖樣中也?？吹礁缮鏃l紋。通常看到的

8、干涉條紋和衍射圖樣，其 實(shí)都是干涉和衍射相結(jié)合的結(jié)果，干涉要在衍射的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，衍射必伴隨干 涉。區(qū)別：一、現(xiàn)象不同光的干涉是滿(mǎn)足相干條件的光的空間里相互疊加而形成的明暗相間的條 紋，而光的衍射是光在傳播空間里偏離直線傳播而形成的明暗相間的條紋。二、產(chǎn)生的條件不同要產(chǎn)生光的干涉，必須滿(mǎn)足相干條件：頻率相同、相差恒定、振動(dòng)方向相 同；要產(chǎn)生光的衍射需要滿(mǎn)足的條件是：障礙物或孔的尺寸比光的波長(zhǎng)小或差 不多。三、產(chǎn)生的機(jī)理不同干涉是雙縫處發(fā)出的兩列波在屏上疊加，當(dāng)兩列波到達(dá)屏上的某點(diǎn)的距離 差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，因而出現(xiàn)明條紋；當(dāng)兩列波到達(dá) 屏上某點(diǎn)的距離差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，該

9、點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，因而出現(xiàn)暗條 紋。衍射是從單縫處產(chǎn)生無(wú)數(shù)多個(gè)子波，這些子波到達(dá)屏?xí)r相互疊加，它們?cè)?屏上不同點(diǎn)疊加時(shí)，其相互減弱的程度有規(guī)律地變輕或變重，在輕微處出現(xiàn)明 條紋，在嚴(yán)重處出現(xiàn)暗條紋。四、圖樣不同以單色光為例：干涉圖樣是互相平行的且條紋寬度相同，中央和兩側(cè)的條 紋沒(méi)有區(qū)別；而衍射條紋是平行不等距的，中央明條紋又寬又亮，兩邊條紋寬度變窄， 亮度也明顯減弱?？偨Y(jié)：干涉和衍射決不是兩個(gè)對(duì)立的效應(yīng)，它們可以看作一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)象。實(shí)際 上雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，干涉是優(yōu)先的若干各分立波的相干 疊加，在數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為相加問(wèn)題；衍射是連續(xù)的無(wú)限多個(gè)次波的相干疊加，在 數(shù)學(xué)形式上表現(xiàn)為一個(gè)積分的問(wèn)題。從現(xiàn)象上看干涉圖樣是明暗相間的光強(qiáng)分 布上間距較君宇；衍射圖樣是條紋的光強(qiáng)分布相對(duì)比