光的干涉与衍射

第１２卷第６期　２０１０年１１月　石家庄学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖ０１．１２．Ｎｏ．６　ＮＯＶ．２０１０　

光的干涉与衍射的区别与联系　

屈双惠　，侯维娜　，杨志宏　，马志春　

（１．石家庄学院物理学系，河北石家庄０５００３５；　

２．重庆邮电大学光电工程学院，四川重庆４０００６５）　

摘　要：在光的干涉现象中，缝宽０远小于光波波长Ａ，每个小缝相当于１个线光源，光的干涉　

是有限的这几列线光源的相干叠加；而在光的衍射现象中，缝宽０与光波波长Ａ可相比拟，狭缝处　

波面上的各点都可以认为是发射球面子波的波源．光的衍射就是从同１波面上发出的这无限多个　

子波的相干叠加．光的干涉和衍射现象在本质上是统一的。都是相干波的叠加，证明了光的波动性．　

关键字：光的干涉；光的衍射：波面　

中图分类号：０４１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９７２（２０１０）０６—００８６—０５　

Ｏ　引言　

光学是物理学中１门应用性较强的基础学科，是当前物理学领域最活跃的前沿之一．光的干涉和衍射　

现象是光学课程最主要的内容之一。也是现代光学的基础，是傅里叶光学、全息学、光传输与光波导等学科　

的理论基础．对于大学本科层次的学生，长期以来在基础物理光学教学中存在１个不容忽视的问题，即学生　

在学习干涉与衍射这部分内容的过程中，开始时感觉清楚，但随着知识点的增加和学习的深入，相关概念反　

而模糊起来，导致他们学习困难，理不清头绪．　

光的干涉和衍射是光的波动性的２个基本特性，它们都是光振动的叠加，其本质是相同的，那么为什么　

又区分为干涉和衍射？教材中这样解释“干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别．然而习惯当考虑的只　

是几个波的叠加时说是干涉，而讨论大量的波的叠加则说是衍射．”至于为什么有干涉和衍射之分，粗浅地　

说．这是因为就讨论的问题而言，其强调的侧重面不同．光的干涉是有限几束光振动在叠加过程中的相长和　

第 14 章

干涉和衍射

14.1 波的叠加......................................................................................................................................2

14.2 杨氏双缝干涉实验.......................................................................................................................4

例14.1：双缝实验........................................................................................................................6

14.3 光强分布......................................................................................................................................6

例14.2：三缝干涉的光强............................................................................................................8

14.4 衍射............................................................................................................................................10

1 1308光的干涉 衍射

【知识梳理】

一、光的干涉

1．条件

(1)两列光的频率相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象．

(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源．双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源．

2．杨氏双缝干涉

(1)原理如图所示．

(2)明、暗条纹的条件．

①单色光：

a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)光屏上出现明条纹．

b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)· ，(k＝0,1,2…)光屏上出现暗条纹．

②白光：光屏上出现彩色条纹．

(3)条纹间距公式：Δx＝ λ.

3．薄膜干涉

(1)原理：薄膜厚度上薄下厚，入射光照在薄膜的同一位置，来自前后两个面的反射光路程差不同，叠加后出现明条纹或暗条纹．

(2)应用：

①增透膜

②利用光的干涉检查平整度．

二、光的衍射

1．定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．

2．衍射图样

(1)单缝衍射

①单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．

(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环远远超过孔的直线照明的面积．

(3)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑(证实波动性)．

3．产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多．

1．薄膜干涉

(1)当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同．当路程差为光波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当光波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹．

(2)相干光为薄膜前后两个界面的反射光． 2 (3)图样特点：若单色光入射，出现亮暗相间的条纹(薄膜厚度相等的地方对应同

一级条纹)；若白光入射，出现彩色条纹，在同一级条纹中，从紫色到红色对应

光的干涉和衍射

光学是对光的探究和应用，其中包含许多不同的概念和现象，例如光的干涉和衍射。这些现象可以帮助我们更好地理解光的本质，并且在实际应用中起到重要作用。

干涉是指两个或多个光波相遇并产生交互影响的现象。干涉通过信号的叠加来产生不同的效果，包括增强或抵消特定频率的信号。它是许多实际应用的基础，例如无线电通信、光学显微镜和干涉仪。

其中一个干涉的例子是双缝干涉实验。它通过两个狭缝产生的波来产生干涉，这些波相互干涉以形成一种特殊的衍射效应。这种现象可以用于测量光的波长和根据两个光源的相位差来判断它们是否存在差异。

与干涉类似，衍射也是指光通过一些障碍物时发生弯曲的现象。这意味着当光波与障碍物相遇时，它们不仅从缝隙中穿过，还会沿着周围的物体表面弯曲，形成复杂的波前。

衍射可以用于许多实际应用，例如放大显微镜、声纳和雷达。在现代医学中，放大显微镜非常重要，因为它允许医生观察和诊断病毒和细菌等微生物。这种科技可以丝毫不伤患者，同时提供可以影响生命的准确和关键信息。

为了更好地应对新兴科技和新的挑战，需要不断深入光学的知识和理解。在不断改善和发展的科技领域中，光的干涉和衍射依然是非常关键的一环。它们在实际应用中发挥着重要的作用，同时也在帮助人们更好地理解光的本质。

总结来说，光的干涉和衍射是光学中重要的概念和现象。它们在科技领域中发挥着举足轻重的作用，帮助人们更好地理解和应用光学原理。正是由于这些现象的探究和发展，才有了现在日益繁荣的光学科技产业。