1、波的衍射专题实验论文专业班级：姓名： 学号：撰写时间： 对光的衍射和干涉现象的研究摘要：以波的衍射专题实验中光波的衍射相关实验为基础，分析光的衍射与干涉各自的特点，从而总结出二者的区别与联系。关键词：光波；衍射；振动；叠加；干涉一 背景光的衍射和干涉现象是光学的最主要的内容之一，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。光的衍射和干涉现象都是光的波动性的表现，它们的共同点在于线性波的相干叠加性。但对光的波动性，干涉和衍射现象，理论解释比较困难，光与物质相互作用的光电效应更显抽象。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。二 分析光
2、的衍射与干涉现象1 光的衍射现象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。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)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。(2)产生衍射现象的条件是“光波遇到障碍物”。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
3、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)。 “一个波场”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，这是接受面上某点P的合成场可用且仅用一个衍射积分来求。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。所以，干涉可以说是波动特征的更高层次的表现。(3)衍射现象的效果特征：在衍射光波存在的空间，可以用屏幕接收到强度起伏的衍射图样。当不考虑光源的强度，光源的点
4、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”。以上对衍射现象的研究是以惠更斯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。 从光的电磁理论看，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
5、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。从光的波粒二象性角度看，光的衍射可以是大量光子在衍射实验中的统计结果，也可以是单个光子在大量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。因此，光的衍射是光与障碍物相互作用的结果 。2 光的干涉现象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s1和s
6、2，它们的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，它们在该点引起的平均强度为I=I1+I2+ cos，式中I1和I2分别是发自 S1和S2的两列光波到12达P点的各自的平均强度， 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。为了观察干涉现象，要求 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，亦即决定于相差的具体情况。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。三 结论光的衍射和干涉现象都是重要的光
7、学现象，它们有区别又有联系。它们都是建立在波动光学基础之分析光的衍射与干涉现象分析光的衍射与干涉现象分析光的衍射与干涉现象分析光的衍射与干涉现象分析光的衍射与干涉现象分析光的衍射与干涉现象上的概念，它们之间不存在物理上的实质性的差别，都是次波相干叠加所引起的结果。对于特定的点，则是次波振动相干叠加的结果。从这个意义上来说，衍射是一种特强的干涉，它们的区别仅在于干涉是有限个相干波的叠加，而衍射则是无限多个相干波的叠加。从现象的表现来看，干涉图样是明暗相间的光强分布上间距较均匀；衍射图样是条纹的光强分布相对比较集中。所以，可以认为衍射是复杂的干涉。在计算给定点上由波所引起的振动叠加问题时，对干涉，可采用分离的多项求和的办法；而对衍射，则要采用连续域上求积分的办法。在一般情况中，属于纯干涉，或纯衍射的情况较小，大部分是干涉和衍射同时并存。我们应以科学的思想从现象和本质上去把握它们。参考文献：
