干涉衍射总结

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1、★衍射和干涉1801年，英国医牛.杨氏所做的有名的双孔实验对于确认光的波动特征有过非常重要的意义.侃同一双孔实验有时被称为双孔衍射，有时则又被称之为双孔千涉；什么时候只岀现"纯十涉〃，什么情况又属"纯衍射〃呢？究竟十涉与衍射之叫有何区别和联系？木篇短文拟就此做一简要定性的讨论.一、光波的传播与迭加光的干涉与光的衍射现象都是从光源发!1!的光波在波场中传播所产生的物理现象.运用1678年惠更斯提出的原理，引用"次波"概念，通过作图即吋由己知时刻的波

2、ftiS1决定其P任一时刻的波面S2,它虽然吋以成功地解释许多光波传播的问题，例

3、如，光波在透明介质表面上发中的反射，折射现象；晶体十的双折射现象；光通过开奋小孔屏以传播方昀发生偏折的现象......等等，如阁1所示.但是惠更斯原理未能说明作阁屮为什么不存在"倒退波〃的问题，也没冇能定最给出次波面在波场中各点振幅贡献的大小.汉1^2经验告诉我们，W列光波在空间交会时，它们的传播互不十扰，即每列光波的传播就好象另一列光波完全不存在一样，各自独立地进行.而当两列光波在同一空fuH专播时，那么在它们交迭区内每点的总振动将是各列光波单独在该点产生电磁场振动的合成.这就是大家熟知的迭加原理.由于迭加的结果，在迭加区域

4、内，光强的分布因迭加光波的ffl互作用而山现重新分布的现象，即空间每一点的强度并不一定等子参与迭加的各列光波单独强度之和，有的地方互相加强，有的地方互相削弱，这种出现明喑光强分布的现象.就在历史上就叫做"干涉不过能产生稳定的干涉图样的各光波波列必须足相干波列，而相干波列必须满足特定的相干条件.这种相干波列的迭加称为相干迭加.相干迭加时，迭加场内各点的强度分布应先由各波列的振幅迭加求得合振幅，而P再由合振幅的平方表示该点的相对强度.如果迭加点的强度等于分单独光波波列的强度之和，则属于非相干迭加.光波和其它波动一样，其有两个基本性

5、质：一个是构成光波的屯磁场振动的可传播性，即电磁场振动以一定的速度在空间中从一点传播至:W—点，各点之间的振动相互是冇联系的；再者，电磁场振动具冇时间和空间的周期性，即从光源发出的光波波面上的各次波不足互不相关的，它们满足相干条件，因而在决定各次波传播至观测点p的合振动吋，必须顾及它们的振幅和位相随传播距离的变化而实行相T•迭加.年青的菲涅耳吸取了惠更斯的次波概念，引入"次波相干迭加"的思想，将所冇衍射情况引到统一的原理中来，这就是一般教课15中所说的惠更斯一一菲涅耳原理.它是讨论光的干涉现象和衍射现象的理论基础.二、纯衍射历

6、史上，光的衍射的特定涵义足指光波在£1身传播过程屮与儿何光学传播规律奋差异的现象，也就足传播的波而受到阻碍时，例如遇到不透明的障碍物或受到丌存小孔屏的限制，屏•的波场将因受阻波而上的相干迭加而引起能量的重新分布，给出明暗条纹相间的衍射图.戍用简易的氦氖激光器很界易观察到这种明显偏离几何光学S线传播的衍射现象.如图2所示，让激光朿照射在不透光的小圆屏上，在其儿何明影的中央却是一亮点；如照射在开孔屏上，中火轴线上则既可能是亮点也可能是暗点，周围均伴有明暗条纹.田2如图3所示，为确定开孔屏后波场的强度分布，未受阻波面S上各点无限小面

7、元ds均可视为新的次波波源，由惠更斯一菲涅耳原理知，波场AP点的合振动将由S面上各次波在P点贡献的振幅相干迭加而求彳U.由于ds在S而上的连续分布，所以振幅的相干迭加是一种积分运算，P点的合振幅可用且仅川一个如下的积分表示.n-rlc^ds、hrS3式中a为次波振幅、k=2n/X,?＜为光波波长.此时由S面上发出光波波面的振幅分布就不再是均匀的了.这样一种物理效应就是通常所指的"纯衍射可以理解，衍射实质上是无限多个次波光束的相十迭加.也就是说，它仍然包含着迭加光束的相互影响而出现振幅不均匀的"干涉"含义.如果屏上开孔不止一个，

8、而是三个，则从每一丌孔露出的波面将以其自旮的衍射规律传播，波场内P点的合成场为三个孔露出波面的衍射场之和，即三个积分之和，这样就不冉足纯衍射问题了.从物理上说，这是因为除了每个孔的纯衍射效应外，不孔露ili的波面亦是相干的，故而各孔光束之间还存在相干迭加的效应.理论和实验表明，开孔越小，衍射效应越显著.似当小孔很小时，如图4所示，即穿过小孔的波面可视为独立的点光源，而发出均匀的球面波，按儿何光孕规律传播在屏后AB区域内将只奋较均匀的照明而没奋明暗衍射纹的出现.舉相反，开孔较人时，衍射效应只在几何阴影区附近才明显地表现出来.三、

9、纯干涉如前所述，干涉效应是指有限个光波波列的相干迭加现象，以双孔实验为例，如果每一孔都很小，以致在很大的范围内可认为小孔是独立发光的点光源，所发次波均为球面波，因而次波波面上振幅分布将是均匀的.則胃为a,初位相为亦次蔌哚掰至距个孔为的⑽时.振蝙应为位相为辟无领齐虑开孔的衍射效