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

光的干涉和衍射

光的干涉和衍射是光学领域中的重要现象，在研究光的特性和应用中起着关键的作用。干涉是指光波的相互叠加所产生的干涉条纹，而衍射则是指光波在通过障碍物或孔径时发生的弯曲和散射现象。本文将介绍光的干涉和衍射的基本原理、应用以及相关的实验方法。

一、光的干涉

光的干涉是指两束或多束光波相互叠加形成明暗相间的干涉条纹的现象。干涉分为构成干涉的两束光波相干干涉和不相干干涉两种情况。

1. 相干干涉

相干干涉是指两束或多束光波具有相同的频率、相位和方向，且光程差稳定不变的干涉现象。其中最典型的例子是杨氏双缝干涉实验。在杨氏实验中，一束光通过一个狭缝后，成为一个波源，经过两个狭缝后形成两束波，在屏幕上产生干涉条纹。该实验说明了光的波动性和相干性。

2. 不相干干涉

不相干干涉是指两束或多束光波在时间和空间上都是独立的，光程差随机变化的干涉现象。其中最典型的例子是双反射干涉。在双反射干涉中，一束光被反射到一个分束器上，经过两个不同的路径反射回来再次叠加，这种叠加产生的干涉条纹称为双反射干涉条纹。

二、光的衍射

光的衍射是指光波通过一个障碍物或孔径时发生的弯曲和散射现象。衍射现象是光波的波动性质的直接证据之一，它可以解释光在通过狭缝或物体边缘时产生弯曲和扩散的原因。

1. 单缝衍射

单缝衍射是指当光通过一个狭缝时，光波会向前方形成一系列的衍射条纹。这些条纹的分布规律与狭缝宽度和入射光的波长有关。瑞利准则是描述单缝衍射的定量规律，它表示了两个相邻衍射极小值之间的最小角度差。通过测量衍射条纹的分布情况，可以确定光的波长和狭缝的宽度。

2. 双缝衍射

双缝衍射是指当光通过两个狭缝时，光波在屏幕上形成一系列的干涉条纹。这些条纹是由两束波源发出的相干光波相互叠加形成的。在双缝干涉实验中，通过测量干涉条纹的间距和角度，可以推导出光的波长和两个狭缝之间的距离。

三、光的干涉和衍射的应用

光的干涉和衍射现象在日常生活和科学研究中有广泛的应用，下面介绍其中几个重要的应用领域。

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