光的干涉和衍射及其异同分析

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光的衍射和干涉

光的衍射和干涉

光的衍射和干涉光的衍射和干涉是光学中的两个重要现象。

光的衍射是指光通过一个小孔或者通过一些细小物体时,光线会在这些物体周围散射,形成强度分布不均的光斑。

而光的干涉是指两束或者多束光线相遇时会产生干涉现象,使得光斑中的光强分布受到相位差干涉的影响而出现明暗条纹。

一、光的衍射光的衍射是光线经过障碍物或通过小孔时发生的一种现象。

当光线通过一个小孔时,其波前从小孔的缝隙处发散开来,光线在后面会出现干涉和衍射现象,然后形成亮暗交替,大小不同但形状相似的同心光环。

光的衍射现象是经典物理学中的典型现象,它是交换场理论的实验基础之一。

衍射现象的重要性体现在它的应用方面,如夹杂,光学显微镜,不同小孔和棱镜等。

1.夹杂夹杂是一种利用衍射现象来将物体的图像转化为光学干涉图的技术。

夹杂的原理是将透明的物体置于两片衬有点源的透明玻璃片之间,通过光的衍射现象得到物体的图像。

2.光学显微镜光学显微镜是由光学物镜和目镜组成的一种仪器。

它的工作原理是通过在物镜处形成的放大像来实现物体的观测。

光学显微镜的物镜具有极高的光学分辨率,可以观测到在分辨率下的小细节,是生物科学和医学研究中必不可少的仪器。

3.小孔和棱镜小孔作为光的衍射现象的重要载体,被广泛应用于光学、电子学等领域。

如果要从集中的光源中形成狭窄而平行的光源,可以采用折射和缝隙的方法来实现。

此外,小孔也被用于相对弱的光学仪器中,如普通的CCD相机、光学望远镜、放大镜以及太阳望远镜等。

棱镜也可以用于光的衍射。

当光线进入棱镜中时,会发生角散射,之后随着光的衍射,形成彩虹般的光带。

棱镜经常用于光学实验室的光谱仪中,可以通过衍射来测量物质成分,从而实现给定物体的光谱分析。

二、光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相遇时会产生干涉现象,使得光斑中的光强分布受到相位差干涉的影响而出现明暗条纹。

光的干涉现象是一种典型的波动性质,其基本原理与光线的本质不同,可以通过光的相位变化来产生干涉现象。

光的干涉是物理学中非常重要的现象,广泛应用于科学研究和工业生产中。

大学物理实验光的干涉与衍射实验分析

大学物理实验光的干涉与衍射实验分析

大学物理实验光的干涉与衍射实验分析学生在大学物理课程中经常会进行光的干涉与衍射实验,通过这些实验可以深入理解光的波动性质和光的性质与现象之间的关系。

本文将对大学物理实验中的光的干涉与衍射实验进行分析。

在光的干涉与衍射实验中,通常会使用光源、干涉仪器和光屏等设备。

实验的目的是通过干涉和衍射现象来观察光的波动性质和探究光的干涉与衍射规律。

在光的干涉实验中,常用的实验装置是双缝干涉仪。

实验中,光源发出的光经过准直器后,通过一个开有两个缝的屏幕进行干涉。

当光通过缝隙后,会形成一系列的光束。

这些光束在远离缝隙的地方相交并干涉产生明暗的干涉条纹。

干涉条纹的出现是由于光的波动性质引起的。

当两束波长相同的光线相遇时,它们会相互干涉。

如果两束光线相位差为整数倍的波长,它们将会相长叠加,形成明亮的干涉条纹;如果两束光线相位差为半整数倍的波长,它们将会相消干涉,形成暗的干涉条纹。

干涉条纹的出现可以帮助我们研究光的干涉规律。

通过测量干涉条纹的间距和颜色可以确定光的波长以及其他有关光的性质的参数。

干涉条纹的间距与波长、两缝间距、观察屏与光源的距离等因素有关。

与干涉实验类似,光的衍射实验也是通过射入光源的光线在障碍物或孔径边缘上发生衍射现象来观察和研究光的性质。

衍射是指光波在通过孔隙或边缘时的偏离传播方向的现象。

在光的衍射实验中,通常会使用单缝衍射仪进行实验。

实验中,光源发出的光线通过一狭缝射入,屏幕上会观察到一系列明暗相间的衍射条纹。

衍射条纹的出现是由于光的波动性质所致。

光的衍射实验可以帮助我们了解光的波动性质和衍射规律。

通过观察和测量衍射条纹的形状和距离,可以确定光的波长和其他有关光的性质的参数。

衍射条纹的形状和间距与光波的入射角度、孔径大小、光波波长等因素有关。

总结起来,大学物理实验中的光的干涉与衍射实验是一种通过观察和研究光的干涉与衍射现象来探究光的波动性质和光学性质的实验方法。

通过实验装置的搭建和干涉衍射条纹的观察与测量,可以得到光的波长和其他相关性质的参数。

光的干涉和衍射解释光的波动性质

光的干涉和衍射解释光的波动性质

光的干涉和衍射解释光的波动性质光是一种电磁波,它具有波动性质。

在特定条件下,光的波动性质会表现为干涉和衍射现象。

这些现象的观察和解释成为了理解光的波动性质的重要实验证据。

本文将介绍光的干涉和衍射现象,并解释它们对于光的波动性质的意义。

一、光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相遇产生的干涉现象。

干涉可以是增强或减弱光波的幅度,使之形成明暗相间的干涉条纹。

其中,干涉的明纹和暗纹分别对应着光波的幅度增强和减弱。

光的干涉现象可以通过杨氏双缝实验来观察。

实验中,一个平行的光束通过一个屏幕上的两个小孔,光束通过小孔后形成二次波前,然后二次波前再次相遇。

在适当的条件下,形成干涉现象,出现一系列干涉条纹。

光的干涉现象表明,光波是波动在空间中传播的。

干涉条纹的出现可以解释为光波叠加时的相长和相消干涉效应。

相增干涉发生在波峰与波峰相重叠,而相消干涉发生在波峰与波谷相重叠。

二、光的衍射光的衍射是指光波遇到物体边缘或孔径时发生的波动现象。

在衍射的过程中,光波会沿着边缘或孔径弯折和扩散,形成交替的亮暗条纹。

衍射现象表明,光波会遵循赫尔曼-弗朗豪衍射定律。

光的衍射现象可以通过单缝衍射实验来观察。

实验中,一束平行光通过一个狭缝,光波通过狭缝后会发生衍射现象。

在屏幕上形成一系列衍射条纹。

这些条纹可以用赫尔曼-弗朗豪衍射定律来解释。

光的衍射现象再次证实了光的波动性质。

衍射条纹的出现可以看作是光波在边缘或孔径处弯折和扩散的结果。

三、光的波动性质解释光的干涉和衍射现象为我们提供了充分的证据,表明光具有波动性质。

从实验观察中我们可以得出以下结论:1. 光是一种波动,可以通过干涉和衍射来解释光的传播和现象。

2. 光波有振幅和相位,振幅决定了光的亮度,相位决定了干涉和衍射的现象。

3. 光波传播的方向和光波的频率有关。

光波传播的方向是波矢的方向,而波矢与光波的频率成正比。

4. 光的波动性质可以解释光的折射现象。

当光波从一个介质传播到另一个介质时,由于介质的不同,光的波长和波速会发生变化,形成折射。

光的衍射与干涉了解光的衍射与干涉现象

光的衍射与干涉了解光的衍射与干涉现象

光的衍射与干涉了解光的衍射与干涉现象光的衍射与干涉是光学领域中的重要现象。

通过研究光的传播特性和波动本质,我们可以更好地理解光的行为和性质。

本文将介绍光的衍射和干涉的基本概念、原理及其在实际应用中的意义。

一、光的衍射光的衍射是光通过障碍物或经过狭缝后的传播特性。

当光波遇到尺寸与其波长相当的障碍物时,光波的传播方向会发生改变,形成一定的衍射现象。

光的衍射可分为菲涅尔衍射和弗雷涅尔衍射两种类型。

1. 菲涅尔衍射菲涅尔衍射指的是光在波前和障碍物之间发生衍射的过程。

在波前和障碍物之间形成一系列的衍射波源,在远离障碍物的位置观察,这些衍射波源会相互干涉,形成一定的衍射图样。

菲涅尔衍射广泛应用于望远镜、显微镜等光学仪器中。

2. 弗雷涅尔衍射弗雷涅尔衍射是指垂直于入射光方向的空间中的波阵面上各点成为新波源,这些新波源会发出自行扩散的次级扩散波,扩散波也会发生干涉。

在远离障碍物的位置观察,可以看到一系列明暗相间的衍射环。

弗雷涅尔衍射广泛应用于光栅、衍射光学实验中。

二、光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相互作用、叠加产生干涉图样的现象。

干涉可以是构成增强波的干涉,也可以是构成减弱波的干涉。

根据光源的性质和干涉产生的条件,干涉可以分为两束光干涉和多束光干涉。

1. 两束光干涉两束光干涉是指两束光波相互叠加产生干涉现象。

当两束光波相位相差一定数值(如零相位差、相位差为2π等)时,它们会相互叠加,形成干涉图样。

两束光干涉广泛应用于Michelson干涉仪、双缝干涉等实验中。

2. 多束光干涉多束光干涉是指三束或三束以上的光波相互作用形成干涉现象。

多束光干涉实验中,光波通过多个光源或光栅,产生一定的相位差,从而形成干涉条纹。

多束光干涉广泛应用于光栅衍射、Fabry-Perot干涉仪等实验中。

三、光的衍射与干涉在实际应用中的意义光的衍射与干涉现象不仅是光学学科的基础知识,也在实际应用中具有广泛的意义。

1. 光学仪器的设计和制造光的衍射与干涉是光学仪器设计和制造中不可忽视的因素。

光的衍射和干涉的异同

光的衍射和干涉的异同

光的衍射和干涉的异同
光的衍射和干涉是光学中的重要现象,它们都涉及到光的波动性质,但也有一些明显的不同之处。

相同之处:
1.衍射和干涉都是光的波动性的表现。

在这两种现象中,光被视为一种波,它可以像水波
一样传播并受到障碍物的干扰。

2.衍射和干涉都需要特定的实验装置或条件来实现。

例如,在干涉实验中,通常需要分束
器、反射镜和干涉仪等设备;而在衍射实验中,可能需要狭缝、透镜或衍射光栅等。

不同之处:
1.产生原因不同:衍射是由于光波在传播过程中遇到障碍物或孔洞时发生的弯曲或绕射现
象;而干涉则是由于两束或多束相干光波的叠加而产生的加强或减弱的现象。

2.表现形式不同:衍射通常表现为光斑的扩大或缩小,以及在障碍物边缘产生的明暗相间
的条纹;干涉则表现为明暗相间的干涉条纹或彩色条纹,通常出现在两束相干光波的叠加区域。

3.应用不同:衍射在日常生活和科学实验中有着广泛的应用,如全息摄影、光学测距等;
干涉则在精密测量、光学仪器和激光技术等领域有重要应用,如干涉仪、激光干涉仪等。

4.对光源的要求不同:衍射实验中对光源的相干性要求相对较低,普通光源如白炽灯或日
光灯即可实现;而干涉实验中则需要较高相干性的光源,如激光或经过适当处理的单色光等。

综上所述,光的衍射和干涉虽然都是光的波动性的表现,但它们产生的原因、表现形式、应用以及对光源的要求等方面存在明显的差异。

了解这些异同点有助于更好地理解这两种现象的本质和应用。

光的干涉和衍射现象的异同

光的干涉和衍射现象的异同

光的干涉和衍射现象的异同
光的干涉和衍射现象是光的波动性质表现出来的两种现象,它们在物理原理和观测结果上有一些异同之处。

相同之处:
1. 都是光的波动性质的表现,证明光既有粒子性又有波动性。

2. 都是由于光波的传播和相互作用而产生的,需要光的传播介质。

异同之处:
1. 光的干涉现象是指两个或多个光波相互叠加产生干涉图样,其中有明暗相间的干涉条纹,如干涉圆环和干涉条纹等。

而光的衍射现象是指光通过细缝、光栅或障碍物等时发生波的弯曲现象,形成衍射图样,如衍射环和衍射条纹等。

2. 光的干涉现象需要有两个或多个光波相互作用才能产生干涉图样,而光的衍射现象只需要一个光波通过细缝或障碍物等就能形成衍射图样。

3. 干涉条纹的空间分布是由相干光波的相位差决定的,可以观察到明暗相间的交替条纹。

而衍射图样的空间分布则是由光波的波前形状及通过障碍物的方式决定的,形成的图样可以是环形、直线条纹等。

4. 干涉现象常用于测量物体的形状、表面质量、薄膜厚度等,还可以用于实现光栅、激光干涉和干涉仪等应用。

而衍射现象
则可以用于测量物品的尺寸、观察光栅或细缝的特性、通过衍射遮光进行图像处理等应用。

光学中的干涉和衍射现象

光学中的干涉和衍射现象

光学中的干涉和衍射现象光学是研究光的传播和性质的科学领域,而光的干涉和衍射现象则是光学中的两个重要现象。

本文将从干涉和衍射的定义、原理和应用等方面进行论述,以帮助读者更好地理解光学中的这两个现象。

一、干涉现象干涉是指发生在两个或多个波相交的地方,波的振幅会相互叠加或抵消的现象。

这种干涉现象在光学中尤为突出。

干涉分为两类:构造干涉和干涉条纹。

1. 构造干涉构造干涉又称为相干干涉,是指来自同一光源的两束或多束相干光在空间的某一点发生干涉。

当两束光的光程差为波长的整数倍时,相干光会产生增强,形成亮度最大的区域,这被称为亮纹。

而当光程差为半波长的奇数倍时,相干光会产生抵消,形成亮度最小的区域,这被称为暗纹。

2. 干涉条纹干涉条纹是指干涉现象在某一场景上产生的条纹状图案。

这种现象可以通过两束光的干涉或通过干涉仪(如杨氏双缝干涉仪)来观察。

干涉条纹的间距和颜色是由光的波长和光程差决定的。

例如在干涉仪中,两个狭缝之间的干涉条纹间距可由以下公式计算:d*sinθ = mλ,其中d是两个狭缝的间距,θ是入射光和狭缝之间的夹角,m是整数,λ是光的波长。

二、衍射现象衍射是指光通过一个有限大小的孔或物体边缘时,会发生弯曲和扩散的现象。

衍射通常与光的波动性有关,当波长与孔的尺寸或物体的边缘接近甚至相当时,衍射现象会十分显著。

衍射现象可以通过一条直线形状狭缝后方面的光强分布模式来观察。

对于单缝衍射,光的振幅会沿着中央最强的主极大区域逐渐衰减,形成一系列弱极大和极小的明暗条纹。

对于双缝衍射,光通过两个狭缝后形成的干涉图样会在后方的屏幕上出现衍射条纹。

三、干涉和衍射的应用干涉和衍射现象在光学中有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域:1. 干涉测量干涉测量利用相干光的干涉条纹进行测量,可以实现高精度的测量。

例如使用激光干涉仪测量物体的形状和表面的粗糙度。

2. 干涉显微镜干涉显微镜可以利用干涉图样来观察透明材料的细微结构和形貌,常用于生物医学和材料科学领域。

浅谈光的干涉和衍射的区别和联系

浅谈光的干涉和衍射的区别和联系

浅谈光的干涉和衍射的区别和联系光是物理研究的重要对象,但在高中阶段对光的认识是有限的。

光的干涉和衍射现象是光的波动性的表现,它们都是光振动的叠加,其本质是相同的。

很多同学认为判别这两种现象很难,本文将从多方面讲解两种现象的不同与相同之处。

标签:光的干涉光的衍射波面光程差光是一种电磁波,而干涉与衍射现象就是波动性的典型。

若有几列波同时在一介质中传播,而且这几列波在空间某点相遇,在其相遇的区域内,任何一点处质点的振动为各列波单独在该点引起的振动的合振动,即在任一时刻,该点处质点的振动位移是各个波在该点所引起的位移的矢量和,这一规律称为波的叠加原理[1]。

一、光的干涉两列或几列光波在空间相遇时互相叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象被称作光的干涉。

通常的独立光源是不相干的,不同的原子辐射的光波波列的初相位之间是没有一定规则的,这导致通常的探测仪器无法探测短暂的干涉现象。

由于上世纪六七十年代激光的问世,光源的相干性大大提高。

实现干涉的关键是保持光的相位差恒定,为了解决发光机制中初相位无规则迅速变化和干涉条纹形成要求相位差恒定的矛盾,解决办法是将同一原子所发出的光波分解成两列,使分光束通过不同的光程,这样即使原始光源的初相位变化频繁,相位差仍然稳定[2]。

以杨氏双缝干涉实验为例,如图1,图中有D>>d,即屏幕到狭缝的距离远远大于双缝间距,此时有。

设两光源的振动方程为,,在P点引起的振动方程为二、光的衍射光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象被称作光的衍射。

光的衍射现象是光的波动性的最直接有力的实验证据。

在研究波的传播时,总是可以找到同相位各点的几何位置,这些点的轨迹是一个等相面,叫做波面。

惠更斯建立了惠更斯原理,即任何时刻波面的每一点都可以作为子波的波源,各自发出球面子波。

在以后的任何時刻,所有子波的波面的包络形成整个波在该时刻的新的波面。

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1引言光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础学科, 又是当前物理学领域最活跃前沿之一, 然而光学的发展也是经过一场场磨难和斗争, 其历史被当作自然科学发展史的典范。

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, 如傅里叶光学, 全息学, 光传输与光波导等的理论基础。

在大学本科层次的光学学习中, 光的反射, 折射现象和成像规律我们学生已比较熟悉, 较容易接受。

但对光的波动性, 干涉和衍射现象, 我们还是比较生疏, 理论解释也比较困难。

本文将通过对光的干涉和衍射现象更加深入的比较和分析, 阐明干涉与衍射现象的意义, 系统归纳总结出了两者的异同,以促进相关概念的学习。

2光的干涉现象“两束(或多束)频率相同, 振动方向一致, 振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后, 其强度分布与原来两束(或多束)光的强度之和不同的现象称为光的干涉”, 该定义范围广泛, 是光的干涉的广义定义[1]。

为突出“ 相干叠加” 与“ 非相干叠加” 在空间强度分布的明显差别, 很多教科书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” 。

此时, 在叠加区内的屏上一般会形成固定的干涉图样, 其图象不随时间改变。

这种狭义的干涉是我们以下讨论的重点, 也是中学物理所涉及的内容。

波动是振动在介质中的传播, 因此, 光波的叠加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠加。

设两波源为1S 和2S , 它们是电矢量振动方向相同, 各自发出频率相同, 初相位不同的光波, 当这两列光波在介质中任一点P 相遇时, 可证明, 它们在该点引起的平均强度为12I I I δ-=++式中, 1I 和2I 分别是发自1S 和2S 的两列光波到达P点的各自的平均强度,δ为两列光波到达P 点时的相位差, 上式右边的第三项称为两列光波的干涉项。

又因为振动的强度正比于振幅的平方,设1A ,2A 分别为两列光波的振幅,则又有:22212122cos I A A A A A δ--==++ 故有时亦称122cos A A δ为干涉项。

为了观察干涉现象, 要求δ不随时间急剧变化。

由上式可知P 点的光强度, 完全决定于干涉项, 亦即决定于相差δ的具体情况。

根据δ的取值不同而出现的结果不同, 将干涉现象分为完全相长干涉, 完全相消干涉, 相长干涉和相消干涉等四类。

从普通光源发出的光, 其位相急速而随机的变化,用这种光源来观测干涉现象, 必须将大致同时从同一点光源发出的光分成两束, 使其分别通过两个不同的光路后进行叠加。

根据将光源分成两束时所采用的方法不同, 干涉分为以下两种。

(1)由波阵面分割造成的干涉:将点光源发出的波阵面分割为两个或两个以上的部分, 使它们通过不同的光路后交叠起来。

杨氏双缝干涉实验, 洛埃镜和菲涅耳双棱镜实验都属这一类。

(2)由振幅分割造成的干涉:用半透膜等把波阵面上同一点处的振幅分成两个或更多个部分, 然后使这些波相遇而叠加起来, 牛顿环和薄膜干涉属于这一类。

光的干涉的定义本来是由通过以上对两列光波在空间叠加情况的讨论引出的, 关于光的干涉定义和相干条件有几点是值得注意的[2]:a. 所谓“ 在一定的范围内”是说, 这里不是讨论空间某一点的情况, 对空间某一点谈干涉是没有意义的, 例如, 在上述两束光的干涉中对δ=π/2的那点来说, 由cos δ=0, 因而干涉项为零, 但那点附近的其它场点cos δ≠0, 而仍然存在干涉现象。

b. 参与叠加的光束数可以不只是两束, 而是若干束, 那么干涉项就不只是一项, 而是很多项, 我们要求这些项的总和测时平均值不为零, 才能称为干涉。

c. 所谓“ 若干束”也不是无限多束, 这样就可把干涉和衍射区别开。

由于干涉是有限个波的叠加, 因此, 计算给定点上由波所引起的振动叠加时, 在数学上是求和问题, 而衍射是无限多个波的叠加, 因此, 计算给定点上由波所引起的振动叠加时, 在数学上是求积分的问题[3]。

d. 不要用有没有明暗相间的条纹的分布来定义是不是干涉。

明暗条纹并不是干涉的本质体现, 有明暗条纹不一定是干涉, 反之, 也不一定存在干涉。

因为通常我们只研究和主要应用了那些最标准、最简单的干涉条纹。

而实际的干涉图样, 根据具体的装置, 是千变万化的。

某些情况下干涉只表现为一个“ 条纹” , 或为某一色光的加强, 例如, 在照相物镜的反射光场中并未表现出什么明暗条纹, 但是确实存在由偏离平均强度的强弱相间的稳定的空间能量不均匀分布, 即存在干涉[4]。

e. 两相干光的频率并不要求绝对相等, 两相干光的振动初位相亦不要求绝对恒定。

只要求最后的干涉图样相对的稳定, 而它应是相对于探测器的响应时间而言的, 比如人眼为110-s。

快速响应的探测器件, 就可放10-s。

左右, 而快速光电器件可小于910-s照相乳胶为3宽相干条件中对相干光频率及位相差恒定的要求。

频率可以有稍许的差别, 位相差亦可有较小的变化。

双光源的干涉实验, 就是以响应时间为89--s的开关式象增强管为探测10~10器, 拍摄了两个独立的红宝石激光器发出的激光的干涉条纹[5]。

3光的衍射现象“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”。

从广义上说, 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而引起光强重新分布的现象, 都称为衍射, 亦称绕射。

从研究衍射的理论计算上考虑, 可将衍射现象分为两类, 其一是菲涅耳衍射光源和屏幕(或两者之一)距离障碍物有限远, 是一种近场衍射其二是夫琅和费衍射光源和屏幕都距离障碍物无限远, 是一种远场衍射。

夫琅和费衍射是菲涅耳衍射的特例,但由于计算简单得多, 才独立为另一类研究。

衍射定义所反映的衍射有别于其它光学现象的本质特征有:(1)该定义指出, 光的衍射是一种区别于几何光学规律的光的传播现象, 当光学元件的线度与波长相当时, 光的传播明显不同于几何光学的描写。

事实上, 光按几何光学规律传播, 不过是在“光学元件线度”远大于“光波波长”的极限情况下的表现。

当前, 在有的科学文献和教科书中, 从不同的角度观察, 分析衍射现象, 对光的衍射作了一些形式上不同的定义“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”。

由于几何光学中的反射, 折射现象, 均为偏离原来的直线传播, 故这种定义易让人误解[6]。

还有的定义为“光波遇到障碍物而能绕过它进入几何阴影区而再行传播的现象”, 故“衍射”原来也称为“绕射”, 英语“衍射”一词diffration, 原意也有“绕弯”的意思。

这种定义虽不至让人产生误解,但却有一定的片面性。

固然, 光波遇到障碍物会有“绕射”现象。

但对某些障碍物衍射光还会有反射光波和透射光波。

“绕射”是衍射光常见的, 必然的表现形式, 却并非全部的表现形式。

(2)该定义明确给出了产生衍射现象的条件“光波遇到障碍物”。

定义中并未限定障碍物的大小, 因为障碍物的线度不过是衍射现象明显的条件, 而不是衍射现象产生的条件。

任何一束光波传播过程中遇到障碍物时, 自由波面发生了破损, 从而改变了波前的复振幅分布, 这是发生衍射现象的根本原因。

衍射是一个波场就可以表现出的波动行为, 而干涉必须是几个波场才可以表现出的行为。

因此, 参与干涉的每一束相干光均可以有衍射行为, 可表现为衍射光的干涉现象(如多光束干涉)。

这里应当强调的是“ 一个波场” 的提法, 这意味着, 如果波面受到障碍物上开孔的限制, 则开孔应当是一个连通域, 这时接受面上某点P 的合成场可用且仅用一个衍射积分来求。

我们说这是纯衍射问题, 如果障碍物上开有不止一个孔, 则P 点的合成场为若干个积分之求和, 这样已不再是纯衍射问题了。

那么什么是纯干涉问题呢参与叠加的每一个成员波不存在考虑衍射的必要, 换言之, 每个成员波都是按照几何光学规律传播的,因而求它对点的复振幅贡献是无须应用衍射积分, 就是说, P 点的合成场纯粹是一个代数求和时的情况就是属于纯干涉问题, 比如, 在杨氏双孔实验中, 如孔开得甚小以致在很大范围内可以认为小孔发出的子波波面上振幅分布是均匀的, 则一个子波在P 点的贡献可按几何光学规律写出, 而无须考虑开孔的衍射因素, 这便是纯干涉。

若开孔不够小, 则一个开孔露出的波面对P 点的贡献不能简单地按几何光学规律写出, 从而不是纯干涉。

所以, 干涉可以说是波动特征的更高层次的表现。

(3)该定义也给出了衍射现象的效果特征:指在衍射光波存在的空间, 可以用屏幕接受到强度起伏的衍射图样。

衍射图样的清晰度跟障碍物的线度ρ有关。

有一种说法, 衍射现象的显著条件是“ 障碍物的线度ρ与光的波长λ数量级相当” , 这种说法并不严谨。

经实验研究,的这一线度范围是310~10λλ, 线度过大,310ρλ> 时, 虽有衍射效应, 但不明显。

线度过小,10ρλ< 甚至ρλ<时, 光虽然“ 绕射”更甚, 但一方面屏上光强总的来说越来越小另一方面, 中心亮(或暗)斑会过分的向两侧扩展, 导致在屏上不易观察到光强的周期性变化, 衍射效应也不再明显了。

所以, 粗略的说, 当不考虑光源的强度, 光源的点光源特征, 观察的距离和方式等因素时, 衍射现象的显著条件是“ 障碍物或开孔线度为光波波长的几百倍或几十倍时, 衍射效果显著”。

由此看来, 有的教科书上写的“ 在障碍物的尺寸可以跟光波的波长相比甚至比光的波长还要小的时候, 衍射现象就十分明显了” 的提法是值得商榷的[7]。

以上对衍射现象的研究是以惠更斯一菲涅耳原理为理论基础的。

而该原理在很大程度上仅仅是一种假说, 并无任何实际物理意义, 它只是一种为研究问题方便而提出的数学方法, 依据这种近似理论提出的衍射定义, 显然是不恰当的。

从严格的理论上说, 光波遵守电磁波理论, 我们应当用光的电磁理论或光的波粒二象性来解释光的衍射。

从光的电磁理论着, 光是一种电磁波。

衍射的物理图像是当入射光波射至障碍物上时,入射光波中的交变电磁场使障碍物中的带电粒子产生振荡, 带电粒子的振荡又向外辐射电磁波, 入射电磁波与障碍物上产生的辐射波叠加, 形成整个空间的光波相互干涉, 其结果即为衍射[8]。

从光的波粒二象性角度着, 光的衍射可以是大光子在衍射实验中的统计结果, 也可以是单个光子在大相同实验中的统计结果。

从统计的观点看, 大量光子被障碍物一次衍射与单个光子被障碍物多次在相同条件下衍射之间的区别, 仅是前者是对空间的统计平均, 后者是对时间的统计平均。

应该看到, 每一个光子被障碍物衍射与其它光子无关, 即衍射不是由光子之间的相互作用而产生的, 它是光子本身具有波动性的结果[9]。

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