光的干涉与衍射 (光的波动特性)
光的干涉与衍射光波的波动特性与变化
光的干涉与衍射光波的波动特性与变化光的干涉与衍射：光波的波动特性与变化光是一种电磁波，具有波动特性。
在传播过程中，光波会经历干涉和衍射的现象，这些现象揭示了光的波动本质以及其变化规律。
本文将以干涉和衍射为核心，探讨光的波动特性以及与之相关的变化。
一、干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇产生的干涉效应。
干涉可以在空间中产生明暗相间的干涉条纹，这主要归功于光波具有波长和相位的特性。
1. 光波的波长：光的波长是指在光学中波峰与波峰之间或波谷与波谷之间的距离。
不同波长的光波会呈现出不同的颜色，例如红光具有较长的波长，而紫光则具有较短的波长。
2. 光波的相位：光波的相位是指同一波长内的振动状态，相位差则表示不同光波之间的相位偏移。
当两个或多个光波相遇时，其相位差决定了干涉效应的强弱。
干涉现象分为两类：构成干涉的光波可以是来自同一光源的相干光，也可以是来自不同光源的相干光。
1. 来自同一光源的干涉（自相干干涉）：自相干干涉是指光源发出的光波，经由不同路径传播后再次相遇产生干涉效应。
这种干涉现象的重要代表是杨氏双缝干涉实验。
杨氏双缝干涉实验中，光经由两个狭缝后形成的光波在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹。
这是由于两个光波的波峰或波谷相遇形成增强效应，而波峰和波谷相遇则形成干涉的消减效应。
通过这种实验，我们可以看到干涉现象明显地表明光的波动特性。
2. 来自不同光源的干涉（外相干干涉）：外相干干涉是指来自不同光源的光波相遇时产生的干涉效应。
这种干涉现象的重要代表是薄膜干涉实验。
薄膜干涉是指当光波从一个介质进入另一个介质时，由于两介质之间的折射率不同而产生的干涉条纹。
这是由于入射光波的一部分被反射，一部分被折射，两者再次相遇产生干涉效应。
通过薄膜干涉实验，我们可以研究光在介质之间传播过程中折射率的性质及介质的厚度。
二、衍射现象衍射是指光波传播时遇到障碍物或通过开口时发生的弯曲现象。
光波的衍射效应进一步展示了光的波动特性以及光波的波长和波前的关系。
研究光的波动特性干涉、衍射、偏振2021精选PPT
一定时 d 或D
x D
d
x ----条纹变稀疏
d 或D
x ----条纹变密集
d和D一定时
x
x
白光照射：中央明纹为白色，其它 各级为彩色，内紫外红
光强分布
6
II1I22I1I2cos 4
----I1、I2为两相干光单独
2
在P点处的光强
0
I
若 I1 I2 ，则
2
明纹光强 Im ax4I1
4 6
暗纹光强 Imin 0
如杨氏双缝实验 (已知Si: n1=3.
----同一时刻各原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发出光波的频率、振动方向和相位各不相同
每级明或暗条纹与一定的膜厚 e相对应
由
知，光程差是入射角的函数，即光源不同位置发出的光，只要倾角相同，均对应同一干涉级k
分振幅法：利用光在两种介质分界面 数出 n和读出 d，可测光波波长
将面光源看成是无数个互不相干的线光源组成
相位差： 2
：光在真空中的波长
r1 n 1
r2 n 2
二.透镜的等光程性
AF和CF在空气中 A
传播距离长，在透 镜中传播的距离短 B
F
BF则相反
C
AF、CF和BF的光程相等，它们会聚 在F点，形成亮点
透镜不会引起附加的光程差
[例1]在杨氏双缝实验中，用折射率 n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用 λ=6.32810－7m的光照射，发现中央 明纹向上移动了5条，求薄膜厚度
k
2k
讨论：
1
2
k1,2,----明纹 k0,1,2, ----暗纹
由 (i) 知，光程差是入射角的函
数，即光源不同位置发出的光，只要
光的干涉与衍射光的波动性质和干涉现象
光的干涉与衍射光的波动性质和干涉现象光的干涉与衍射：光的波动性质和干涉现象光是一种电磁波，具有波动性质。
在经历干涉和衍射时，光波会显示出特殊的行为，展现出波动现象的独特性质。
光的干涉和衍射现象是光学研究中的重要课题，通过对光的波动特性的研究，可以深入理解光的行为，以及运用干涉和衍射现象进行实际应用。
一、光的波动性质光的波动性质是指光作为一种波动现象所表现出的特性。
根据光的波动性质，可以推测出光的传播速度、干涉和衍射现象等特征。
1. 光的传播速度光在真空中的传播速度为光速，约为每秒299,792,458米。
这个速度非常快，使得光在宏观世界中被认为是瞬间传播的。
2. 光的频率和波长光的频率指的是光波的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
波长是指波峰到波峰或者波谷到波谷之间的距离，单位为米（m）。
光的频率和波长之间有以下关系式：c = λν（其中c为光速，λ为波长，ν为频率）。
3. 光的干涉和衍射现象光的波动性质使得它可以通过干涉和衍射现象来说明。
干涉指的是当两个或多个波动的光线相交时，根据波峰与波谷之间的叠加效应，产生明暗相间的干涉纹。
衍射是指当光通过一个小孔或者障碍物时，光波会沿着不同的方向传播出去，形成衍射条纹。
二、干涉现象干涉是指两个或多个光波相互叠加产生的现象。
光的干涉可以分为同一波源的干涉和不同波源的干涉。
1. 同一波源的干涉同一波源的干涉是指一束光通过不同路径传播，并相交时产生的干涉现象。
这种干涉称为自发干涉，也称为菲涅尔干涉。
例如，当一束平行光通过一块厚度不均匀的透明介质时，光线会发生折射和反射，不同路径的光波在相交处产生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
2. 不同波源的干涉不同波源的干涉是指两束或多束波长相同、频率相同、相位相差确定的光波相互叠加所产生的干涉现象。
常见的不同波源干涉现象包括杨氏双缝干涉和牛顿环等。
在杨氏双缝干涉实验中，一束光通过一个狭缝后形成的光波分成两束，并在屏幕上相交，形成一系列明暗相间的干涉条纹。
解析光的干涉和衍射揭秘光的波动性质
解析光的干涉和衍射揭秘光的波动性质光是一种电磁波，具有波动性质。
干涉和衍射是光的波动现象，通过对其进行解析，可以更深入地了解光的性质。
一、光的干涉光的干涉是指两个或多个波源发出的光波相遇时，根据不同的相位差形成明暗相间的干涉条纹。
这一现象可以通过杨氏双缝干涉实验来解析。
杨氏双缝干涉实验中，将一束单色光垂直射到一块屏幕上，屏幕上有两个狭缝，通过这两个狭缝射出的光波在屏幕后形成干涉条纹。
干涉条纹的出现是由于两个狭缝出射的光波在其背后相遇形成干涉。
解析光的干涉现象可以通过以下几个方面来理解：1. 干涉条纹的形成：两个狭缝出射的光波在屏幕上形成交叉的干涉条纹，其明暗程度由相位差决定。
相位相同的两束光波会相长叠加，形成亮条纹，而相位相差180°的两束光波会相消干涉，形成暗条纹。
2. 干涉条纹的间距：干涉条纹的间距与波长、狭缝间距以及观察点到屏幕的距离有关。
当狭缝间距固定时，间距越小，干涉条纹越密集，反之亦然。
观察点到屏幕的距离越远，干涉条纹间距越小，反之亦然。
3. 干涉条纹的颜色：干涉条纹的颜色取决于光源的颜色和干涉条纹的波长。
单色光源产生的干涉条纹是纯色的，而复色光源会产生彩色的干涉条纹。
二、光的衍射光的衍射是指光波在通过一个小孔或者挡板的缝隙时出现的波动现象。
衍射使光束的传播方向发生弯曲或者扩散，形成辐射光的现象。
解析光的衍射现象可以从以下几个方面来理解：1. 衍射中的小孔和挡板：当光通过一个很小的孔时，光波会呈现出圆形或者抛物线状的衍射图案。
而当光通过一个挡板的缝隙时，会出现矩形或者线性的衍射图案。
2. 衍射带宽度：衍射现象中的带宽度取决于波长和缝隙尺寸的比例。
波长较长和缝隙较宽的光会形成宽带衍射，波长较短和缝隙较窄的光则会形成窄带衍射。
3. 衍射条纹的强度：衍射条纹的强度与光波的振幅和缝隙的大小有关。
当振幅较大或缝隙较窄时，衍射条纹的强度会增加。
三、光的波动性质的揭秘通过对光的干涉和衍射现象的解析，我们可以得出光具有波动性质的结论。
光的干涉和衍射现象
光的干涉和衍射现象光是一种波动性质的电磁波，当光传播过程中遇到障碍物或通过物体的缝隙时，会发生干涉和衍射现象。
这些现象不仅给我们带来了奇妙的视觉效果，也使我们对光的性质有了更深入的认识。
本文将详细介绍光的干涉和衍射现象以及相关实验和应用。
一、干涉现象干涉是指两个或多个光波在空间中相遇，产生叠加效应的现象。
其中，两个主要类型的干涉分别是等厚干涉和薄膜干涉。
1. 等厚干涉等厚干涉是指两个波源的光线通过同一介质的两个表面，再次相遇而产生干涉。
常见的等厚干涉实验有牛顿环和劈尖干涉。
牛顿环是指在一个凸透镜和一个平行玻璃片之间，在光线的作用下，形成一系列同心的圆环。
这种干涉现象可以用来测量透镜的半径和表面的透镜度等关键参数。
劈尖干涉是指在两块玻璃板之间夹上一小片劈尖，当光通过劈尖时，会产生干涉，形成一系列直线干涉条纹。
这种现象常用于测量光线的波长和透镜的曲率半径等。
2. 薄膜干涉薄膜干涉是指光线通过薄膜表面时发生干涉现象。
薄膜的厚度与干涉现象的条纹间距有关，常见的薄膜干涉实验有牛顿环和菲涅尔双缝等。
牛顿环中的薄膜干涉是指在光线通过凸透镜与平行玻璃片之间，再通过一层装有厚度变化的薄膜的平行玻璃片时产生的干涉现象。
利用牛顿环可以测量薄膜的厚度、折射率等。
菲涅尔双缝是一种光学装置，通过两个微小的缝隙，将光分成两束后再次相交，产生干涉现象。
观察到的干涉条纹可以用来测量光的波长和光源的亮度等。
二、衍射现象光的衍射是指光线通过孔洞或绕过物体边缘时发生的现象，产生的效应是光线的扩散和弯曲。
其中，常见的衍射实验有单缝衍射和双缝衍射。
1. 单缝衍射单缝衍射是指光通过一个细缝时产生的衍射现象。
光在通过缝隙时，会扩散成曲线形波前，形成一系列明暗交替的衍射条纹。
该实验可以用来测量光的波长和缝隙的宽度等。
2. 双缝衍射双缝衍射是指光通过两个平行缝隙时产生的衍射现象。
光通过双缝后，形成一系列干涉条纹，呈现出明暗相间、交替变化的图样。
双缝衍射实验是检验光性质的经典实验之一。
光的波动性的典型表现
光的波动性的典型表现
光的波动性是光与物质存在关系中物理现象的一种表现。
它分为干涉、衍射、折射和散射等，反映了物质对光能量的处理行为特征。
首先，光的波动性表现主要体现在折射中。
折射是指当光线通过由不同的种类的物质，在其形成的界面上发生改变，就叫折射。
由于物体折射率不同，光线会在不同物体界面上发生变化，会出现折射现象，被称之为“折射”。
其次是光的波动性在衍射中的表现。
衍射是指当光被某种格栅状物体吸收或遮挡时会发生一种物理现象，即光沿着格栅线裕放未来，呈现出圆形剪影的现象，这种现象叫做衍射。
再来是光的波动性在干涉中的表现。
干涉是指从相同方向出发的光线在物体的表面受到干扰后叠加形成的光的现象。
会形成纹理状的图形，再加上运动的物体及其反射的光线，这种光线会发生不同的对称性形状，从而表现出干涉现象。
最后是光的波动性在散射中的表现。
散射是指当一束光线照射到有一定形状、尺寸的颗粒物体时，会发生散射现象，即光束在颗粒物体表面上反弹，造成物体四周发散的散射现象，这种现象叫做散射。
总之，光的波动性在衍射、折射、干涉和散射等方面有着显著的特征，反映了物质对光的处理特性，让人类在不同的现象中感受到丰富的视觉效果。
光学干涉与衍射分析
光学干涉与衍射分析光学干涉与衍射是光学领域中重要的现象，它们揭示了光的波动性和粒子性。
通过对干涉和衍射现象进行分析，我们能够深入了解光的传播特性和波动规律。
本文将对光学干涉与衍射进行详细分析，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、光学干涉分析光学干涉是指两束或多束光波相互叠加产生的干涉现象。
其基本原理是光波的相位差导致干涉条纹的形成。
常见的光学干涉现象有杨氏双缝干涉、等厚干涉等。
1. 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是一种经典的光学干涉现象，由杨振宁在1801年首次观察到。
在杨氏双缝干涉实验中，一束单色光通过两个相邻且尺寸相同的缝隙照射在屏幕上，观察到交替出现的明暗条纹。
这些干涉条纹的形成是由于光的波动性。
当两束光波经过双缝时，在屏幕上形成交叠的衍射图样。
在某些位置，两束光波的相位差为整数倍的波长，使得它们相互增强，形成明条纹；而在其他位置，相位差为半整数倍的波长，使得它们相互抵消，形成暗条纹。
通过对杨氏双缝干涉的实验观测和理论分析，人们能够推导出干涉条纹的间距与波长、双缝间距之间的关系，并得到光的波动性的定量描述，如杨氏干涉公式。
2. 等厚干涉等厚干涉是另一种重要的光学干涉现象，它是由等厚玻璃片或空气薄膜等均匀介质引起的干涉。
在这种干涉现象中，光波在通过介质时会发生相位差，从而产生明暗干涉条纹。
等厚干涉实验中最典型的案例是纳赛尔棱镜实验。
当光线通过一块等厚玻璃片时，由于玻璃的厚度不同，光波在玻璃上发生相位差。
这些相位差取决于入射光线的角度和玻璃片的厚度，使得光波在空间中叠加形成明暗条纹。
通过等厚干涉的研究和分析，人们可以得到光波在均匀介质中传播的规律，并通过控制介质厚度来实现光的调制和分光。
这在光学器件设计和光学通信等领域具有广泛的应用。
二、光学衍射分析光学衍射是指光在通过孔隙、边缘或物体表面时产生偏离直线传播的现象。
衍射是光的波动性的直接表现，它的发生是由光的波动特性所决定的。
1. 单缝衍射单缝衍射是一种常见的光学现象，广泛应用于光学实验和科学研究。
光的干涉衍射与波的特性
光的干涉衍射与波的特性光是一种电磁波，具有粒子性和波动性的双重特性。
在光的传播过程中，它会经历干涉和衍射现象。
这两种现象彰显了光的波动特性，并且对光的传播和性质有着深远的影响。
一、光的波动特性光的波动特性是指光具有波动性，包括波长、频率、波速等方面的特性。
波长是光波的一个重要参数，它决定了光波的颜色。
不同颜色的光波具有不同的波长，比如红光的波长较长，紫光的波长较短。
频率是指光波振动的次数，与波长成反比关系。
波速则是光波在介质中传播的速度，一般情况下，光在真空中的速度是常数，即光速。
二、光的干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇时发生的叠加现象。
当两个或多个光波经过干涉而叠加时，会产生干涉条纹。
干涉条纹的出现表明光波的波动性，并且干涉现象可以用来研究光的波长、频率等特性。
干涉现象有两种主要形式：构造性干涉和破坏性干涉。
当两个光波的相位差为整数倍的情况下，它们会发生构造性干涉，这时干涉条纹呈现明亮的区域。
而当相位差为半整数倍时，会发生破坏性干涉，这时干涉条纹呈现暗的区域。
三、光的衍射现象衍射是指光波传播到遇到遮挡物时，光波会沿着障碍物的边缘弯曲，并产生扩散现象。
衍射现象同样是光的波动特性表现之一。
当光波通过一个狭缝或物体的缝隙时，会产生衍射现象，形成衍射图样。
衍射图样的形状和大小与光的波长和衍射物体的尺寸有关。
光的波长越长，衍射图样的扩散程度越大。
而当光的波长远大于衍射物体的尺寸时，衍射效应才会显著。
四、干涉衍射的应用干涉和衍射现象不仅仅是理论研究的基础，还在实际应用中有广泛的应用。
例如，光学中使用的干涉仪可以用来检测光波的相位差，进而实现对物体形状、厚度等参数的测量。
此外，干涉与衍射还应用于激光技术、光学显微镜、光纤通信等领域。
对光的干涉衍射现象的研究和应用为科学研究和技术发展提供了重要的支持和推动。
综上所述，光的干涉衍射现象是光的波动特性的体现，通过研究和应用干涉和衍射现象，我们可以深入了解光的波动性质，并实现对光的特性的测量和应用。
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现象 条件
应用
若干个光波(成员波)在相遇时产生的光强分布不等于由各 个成员波单独造成的光强分布之和，而出现明暗相间的现 象，称为光波的干涉现象。
干涉现象通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间条纹 分布;有时则表现为，当干涉装置的某一参量随时间改变时，在 某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替的变化。
单缝衍射
多缝光栅衍射
多狭缝光栅的干涉包络线与衍射叠加的实验图案
多狭缝光栅干涉包络线与衍射叠加实验图案的光分析图
包络线为单缝衍射 的光强分布图
衍射极大值 （中央亮纹）
干涉主极大（亮纹）
衍射次极大
干涉极小值（暗纹）
k=-6 k=-4
k=-2 k=0
k=2 k=4
k=6
k=-5 k=-3
k=-1
k=1
k=3
k=5
白光的光栅衍射光谱分布： 紫光距中央亮纹最近，红光距中央亮纹最远
日积月累，铁杵成针！
2019-05-28
形成光的衍射现象，典型图案为瑞利斑； 形成光的干涉现象，典型图案为杨式双狭缝； 形成光波衍射与多狭缝干涉的包络线叠加现象
多狭缝光栅的衍射与干涉包络线
单缝衍射
I
sin
多缝干涉
I
-2/d -/d 0 /d 2/d
多缝光栅
sin
sin
多狭缝光栅干涉包络线与衍射叠加实验图案 与单缝衍射实验图案的比较
2、①要用单色光：所以采用红滤色片； ②单孔的作用：是获得点光源 ③双孔的作用：相当于两个振动情
况完全相同的光源，双孔的作用是获得 相干光源
光的干涉试验图案
单色光波的干涉图案
可见光光波的干涉图案
光波的干涉波动效应的演示图
S1
Sd
S2
光的薄膜干涉试验
1、实验 1.1、产生原因： 膜的前表面和后表面反射的两列光波。 1.2、实验现象： 在薄膜上呈现出水平的彩色条纹。
单狭缝衍射试验；圆孔衍射试验，
当光孔线度远远大于光波长λ时，衍射效应很不明 显，近似于直线传播。当光孔线度逐渐变小并与光 的波长可比拟时，衍射效应逐渐明显，在远处便出 现亮暗分布的衍射图样
光谱分子结构分析仪， 衍射决定了光学仪器的分辨率； 全息衍射成像；
光的衍射现象与图示
光沿直线传播只是一个近似的规律：当光 波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认 为光是沿直线传播的，当光的波长与障碍 物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的 衍射现象
只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光 源，才能产生光的干涉。
测量薄膜厚度，测量工件的平整度， 检测薄膜覆合层间均匀度
干涉是基于二个或多个波的叠加
考虑两个或多个波同时经过的空间区域。按照叠加原理， 净位移可用矢量或由各个位移的代数和给出。干涉是基 于同样的原理，由两个或多个波叠加组成的复合波。
光的干涉与衍射
—光的波动特性介绍
2019-05-28
光的波粒二象性与学科分类
光的波粒二象性 与学科分类
光的粒子特性 光的波动特性
几何光学 物理光学
光的波粒二象性：特性与试验
光的波粒二象性
光的粒子特性 光的波动特性
试验 典型参数
试验 典型参数
针孔成像
焦距，景深； 放大倍率； 杨氏干涉； 瑞利斑； 牛顿环；
波长，频率， 光强，分辨率
光的干涉与衍射
光的干涉
光的干涉与衍射
光的衍射
干涉与衍射的 区别
现象
双缝干涉
试验
杨氏双缝干涉
现象
单缝衍射
试验
瑞利斑
干射与衍射没有本质的区别：干涉是指那些有限多的 分立的光束的相干叠加；衍射是指那些波阵面上的无 穷多的连续的子波的相干叠加；二者往往同时出现；
光的干涉
定义
光的干涉
衍射的波动原理演示
(a) 光线散开形成衍射条纹；(b) 如果光波路径是直线，就不存在衍射条纹。
光的干涉图样和衍射图样的区别
• 干涉图样：条纹等宽等亮
衍射图样：中间条纹最宽最亮， 两边迅速变窄变暗。
光源的相干性条件
相干光源
光源的分类
非相干光源
光的相干条件
符合相干条件的光源
激光光源
不符合相干条件的光源
激光以外的光源
光波的振动频率相同
光波的振动方向相同
光波的相位差恒定
干涉与衍射的图像特征区别
干涉与衍射的 图像差异
干涉条纹 衍射条纹
条纹形状 条纹色彩 条纹形状 条纹色彩
间隔等宽亮暗条纹
黑白亮暗对比
不等宽间隔条纹 按照色彩波长，紫
内红外分布
光的干涉、衍射与狭缝数量的关系
狭缝数量与 光的波动特性
单狭缝 双狭缝 多狭缝（光栅）
当缝很大时—直线传播（得到影） 当缝减小时—逐渐会出现小孔成像的现象 继续减小缝的大小—会出现光的衍射现象．
单狭缝衍射的光斑半径与计算公式
单狭缝衍射光强的计算公式：
中心亮条纹半径X：
X
X = D.sinФ= L*λ/a;
Ф为衍射角,a为单缝大小,L为观察屏与单缝
之间的距离（当用透镜时L为焦距f）
单狭缝衍射的光强分布
薄膜干涉的应用
1）检查精密仪器的表面：平行单色光垂直照射实心劈尖上，上面 的下表面、下面的上表面的反射光将产生干涉。
光学现象：劈尖上厚度相同的地方，出现明或暗条纹。
光的衍射
定义
光的衍射
试验 条件
应用
光在传播路径中遇到障碍物时,能绕过障碍物 边缘而进入几何阴影传播,并且产生强弱不均 的光强分布，这种现象称为光的衍射。
干涉相消和干涉增强的波长演示
图：(a) 干涉相消；
(b) 干涉增强
光的干涉条纹计算公式
• 光的干涉条纹间距 ：X = (L/d )*入 其中：
• X：是干涉条纹间距； L：是双缝与显示屏的距离； d：是干涉双狭缝的间隔距离； 入：是干涉光的波长；
杨氏双缝干涉实验
1、装置特点： （1）双缝很近 0.1mm， （2）双缝H1、H2与单缝S的距离相等，