光的干涉與衍射都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)都是光在遇到障礙物后

PAGE2《光》讀后感--光的干涉與衍射干涉與衍射是波動(dòng)光學(xué)中最重要的知識(shí)點(diǎn)。雖然它們都反映出光的波動(dòng)性本質(zhì)，但是彼此又有明顯的區(qū)別，而且兩者常常在波動(dòng)現(xiàn)象中同時(shí)出現(xiàn)。1光的干涉1.1從定義出發(fā)探討光的干涉特點(diǎn)光的干涉的廣義定義為“兩束（或多束）頻率相同，振動(dòng)（偏振）方向一致，振動(dòng)位相差恒定的光在一定的空間范圍內(nèi)疊加后，其強(qiáng)度分布和原來兩束（或多束）光的強(qiáng)度之和不同的現(xiàn)象稱為光的干涉”。對(duì)于這種定義，從方法論的角度看，是一種外延定義法——凡是不屬于“非相干疊加”的疊加，均屬于“相干疊加”。同時(shí)很多教材根據(jù)光強(qiáng)空間分布的明顯差別，也給出了光的干涉的狹義定義“滿足一定條件的兩束（或多束）光在空間疊加后，其合振動(dòng)在有些地方固定的加強(qiáng)，有些地方固定的減弱，強(qiáng)度在空間有一種周期性變化的穩(wěn)定分布,這種現(xiàn)象稱為光的干涉”。這種狹義定義也是我們這里所要討論的重點(diǎn)。根據(jù)定義我們知道光的干涉是有限束光波沿直線傳播時(shí)，在遇到障礙物后相干疊加，由于接受屏上相干光的相位差而引起強(qiáng)度分布變化。2光的衍射2.1從定義上探討光的衍射特點(diǎn)光的衍射的定義從廣義上說是光在傳播過程中，遇到障礙物時(shí)產(chǎn)生的偏離幾何光學(xué)規(guī)律從而引起光強(qiáng)重新分布的現(xiàn)象，也稱為繞射。該定義指出光的衍射是一種區(qū)別與幾何光學(xué)規(guī)律的光的傳播現(xiàn)象。當(dāng)所選光學(xué)元件的尺度與波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，光的傳播現(xiàn)象明顯不同于幾何光學(xué)所描述的。它也明確給出了產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件“光波遇到障礙物”，對(duì)于任何一束光都會(huì)因在空間傳播過程中遇到障礙物而使自由波面受損，從而改變波前復(fù)振幅，使光表現(xiàn)出衍射行為。障礙物的大小只不過是影響衍射條紋明顯的條件，而不是產(chǎn)生衍射的必要條件。這在下文將做出說明。3雙縫實(shí)驗(yàn)雙縫干涉和雙縫衍射楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)最早提出干涉的概念和原理，確定了光的波動(dòng)性本性。但楊氏的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)并沒有被認(rèn)可，其原因之一就在于楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)并不是純粹的干涉效應(yīng)，而是一個(gè)干涉與衍射的和效應(yīng)。（1）將雙縫衍射光強(qiáng)分布式（10）與楊氏雙縫干涉光強(qiáng)分布式（3）進(jìn)行比較可知：雙縫衍射圖樣是由決定的等振幅雙縫干涉條紋受到單縫衍射因子調(diào)制的結(jié)果，最終使得各級(jí)明紋的光強(qiáng)度呈現(xiàn)不等振幅的分布情況。只有當(dāng)縫寬度為無限細(xì)時(shí)，雙縫的光束才能看做純的雙縫干涉。（2）雙縫衍射實(shí)際上是兩束單縫衍射光的相干疊加，而那個(gè)干涉因子基本上決定了包絡(luò)線中分裂細(xì)亮紋的寬度。4光的干涉與衍射的異同點(diǎn)通過對(duì)干涉、衍射現(xiàn)象，以及雙縫實(shí)驗(yàn)的分析，得出干涉和衍射以下幾方面異同點(diǎn)：(1)光的干涉和衍射都是重要的光學(xué)現(xiàn)象，都是建立在波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)之上的概念，它們之間不存在物理實(shí)質(zhì)上的差別都是次波相干疊加引起的結(jié)果。(2)光的干涉是光沿直線傳播，在有限數(shù)量的光束之間由于光程差的變化而形成疊加效應(yīng)；衍射是光在傳播過程中由于波陣面受到限制，光的傳播偏離了原來傳播的方向，使無窮多個(gè)次波之間由于光程差而形成疊加效應(yīng)。(3)在計(jì)算某場(chǎng)點(diǎn)P的光強(qiáng)時(shí)，對(duì)于干涉數(shù)學(xué)上采用分離的有限項(xiàng)求和的辦法，用矢量圖解時(shí)，其矢量圖為折線圖；而對(duì)于衍射在數(shù)學(xué)上處理是采用連續(xù)域上求積分的方法，用矢量圖解時(shí)，其矢量圖為光滑的圓弧。(4)從現(xiàn)象的表現(xiàn)上來看，干涉圖樣是明暗相間，光強(qiáng)分布均勻的等距條紋；衍射圖樣的條紋間距不相等，光強(qiáng)分布相對(duì)集中，其中零級(jí)衍射集中了衍射光能的90﹪。(5)當(dāng)縫寬a<<滿足時(shí)，每一個(gè)小縫相當(dāng)于一個(gè)線光源，其發(fā)出的次波的振幅可以認(rèn)為是均勻的，他們均按幾何模型傳播，每一個(gè)細(xì)縫不能再進(jìn)行細(xì)分，不必考慮同一光束之間的次波疊加，只須考慮縫與縫之間的波的疊加。此問題屬于純干涉效應(yīng)。當(dāng)a與的數(shù)量級(jí)相當(dāng)時(shí)，每一個(gè)縫中發(fā)出的波明顯不是等振幅的，它可以看成是連續(xù)的無限多個(gè)次波的連續(xù)疊加。此類問題屬于純衍射效應(yīng)。(6)雖然干涉和衍射有所區(qū)別，但兩者并非對(duì)立的。它們可以被視為一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)象，都是波的相干疊加結(jié)果。只是由于各種條件的不同，在一定的條件下，相對(duì)地表現(xiàn)出干涉或衍射現(xiàn)象而已。通過對(duì)干涉和衍射的相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道兩者都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，都是光在遇到障礙物后所表現(xiàn)出的光強(qiáng)不均勻分布。兩者在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，共處于“線性波的相干疊加”這個(gè)統(tǒng)一體中，并在一定的條件下發(fā)生轉(zhuǎn)化。在學(xué)習(xí)過程中，我們可以嘗試借助雙縫實(shí)驗(yàn)(雙縫干涉和雙縫衍射)，從兩