毕业论文光的干涉与衍射的区别与联系

《毕业论文光的干涉与衍射的区别与联系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光的相干叠加摘要：在光的干涉现象中，缝宽a远小于光波波长λ，每个小缝相当于一个线光源，光的干涉是有限的几列线光源的相干叠加；在光的衍射现象中，缝宽a与光波波长λ可相比拟，狭缝出波面上的个点都可以认为是发射球面子波的波源，光的衍射就是从用一波面上发出的这无线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，都是波的相干叠加，证明了光的波动性。关键字：光的干涉；光的衍射；波面1前言光学是物理学中一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中最重要的内容之一，也是现代光学的基础，是傅里叶光学、全息学、光传输与光波传导等学科的理论基础。在一

2、般情况下，当两个或多个光波在空间相遇时，总会发生光波的叠加现象，当参与叠加的各个分量波的传播方向、振动方向或时间频率关系不同时，叠加的结果也不同。两列光波的叠加问题可以归结为谈论任一点电磁振动的叠加。先来回顾一下简谐振动的合成问题。两个沿同一直线的简谐振动，其频率相同，但其相位不同，如下式所示：（1)式中表示介质中任一点的两个振动状态。为振动的圆频率，为振幅，为振动的初相位。两振动是彼此独立的，叠加的结果为：（2）合振动的振幅A和初相位为：(3)(4)因为振动的强度正比于振幅的平方，从（3）中可见，在相位差为任意角度的情况下，两个振动叠加时，合振动的强度不等于分振动强度之和。但

3、实际观察到的总是在较长的时间内的平均强度。在某一时间间隔内，其值远大于光振动的周期T，例如可见光波段，T约为s，合振动的平均相对强度为（5）假定在观察时间内，两电磁振动各自继续进行，则它们的初相位差，也就是任意时刻的相位差，始终保持不变，与时间无关。在这个条件下，上式末项的积分值为：（6）于是在合振动平均强度为：（7）（7）式中称为干涉项。如果这时两振动相位差为的偶数倍，（j=0,1,2,3、、、、、、）（8）则,强度达到最大值（称为干涉相长）；如果相位差为的奇数倍，（j=0,1,2,3、、、、、、）（9）则，强度达到最小值（称为干涉相消）；如果两振动的振幅相等且等于任何其它值

4、，合振动的平均强度介乎这两者之间，（10）假定在观察时间内，振动时断时续，以致它们的初相位各自独立地做不规则的改变，概率均等地在观察时间内多次经历从0到之间的一切可能值，即，则而于是合振动平均强度等于分振动强度之和。从表面上看，在这种情况下，它们按强度直接相加，而不是如（7）式所示那样按振幅直接相加。但实际上我们从上述推导过程可以清楚看出，这里也是按振幅直接相加的。振动的瞬间值都直接叠加，如（3）所示。差别仅表现在最后的平均值上。由此可见，在几乎同一直线上的，同频率的两个电磁振动叠加时，必须区别两种情况：（1）两振动的相位差始终保持不变，合振动平均强度可以大于也可以小于分振动强

5、度之和。在这种情况下就可能在较长时间内观察到干涉现象。通常称频率相同、振动方向几乎相同并在观察期间内相位差保持不变的两个振动。（2）两振动的相位差在观察时间内无规则地改变，例如间断的振动，合振动的平均强度简单地等于分振动强度之和，不出现干涉现象，通常称这种为非相干叠加。上述分析说明了相干与不相干只是不同情况是波的叠加的具体表现，而干涉和衍射都是波的相干叠加的一种。2光的干涉对于满足一定条件的两个或两个以上的光波，在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的周期性的强弱分布现象，称为光的干涉。要产生光的干涉就必须满足三个基本条件，第一光波的振动频率

6、相同，第二两光波在考察点的相位差要恒定不变，第三两光波的振动方向要相同。由两个普通光源发出的光，不可能存在固定的相位差，所以不能产生干涉现象。为了获得满足上诉相干条件的光波，可以利用一定的光学系统将同一列波分解为两部分，让它们通过不同的光程后又重新相遇，实现同一列光波自身相干涉的目的。如图1所示，可以认为是两个次波的波源，因为它们都是从同一个光源S而来的，所以永远具有恒定的相位关系。当缝宽a<<λ时，每个小缝相当于一个线光源，其发出次波的振幅可以认为是均匀的，每个次波都可以为是按几何光学模型直线传播。由狭缝,发出的这两列光波在空间相遇发生相干叠加，在某些区域始终加强，在另一些区

7、域始终减弱，形成稳定的强弱分布，产生稳定的干涉图样，这就是光的干涉现象。图1杨氏双缝干涉实验对于一个纯干涉问题，在传播过程中光的波阵面没有受到明显的限制，光的传播仍按直线进行。在干涉中参加干涉的光束数目是有限的，如双光束干涉是指两束光，对多光束干涉，虽然光束数目可以很多，仍然是有限量。如在等相位差、等振幅的多光束干涉中，设一束光的振幅为c，相位差为δ，有束光参加干涉，根据矢量叠加原理可以画成如图2所示的折线图。由图2可知：R=(11)合成振幅：A=2Rsin（）=(12)相应的光强度：I==