大学物理学(下册)第13章 光的干涉与衍射
光的干涉和衍射ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
珍宝鉴定
1985年，加拿大文物保护协会（CCT）的科学家们就 利用X光射线衍射分析方法对一件被作为凡高作品出 售的油画颜料进行了分析鉴定。科学家从这幅油画 的颜料中发现了大量的金红石的存在。作为白色颜 料的使用，二氧化钛一般以两种状态存在：金红石 和锐钛矿。锐钛矿作为白色颜料使用是从1925年开 始的，而金红石作为白色颜料直到1938年才开始生 产。因为金红石的存在，使得这幅油画的创作时间 不可能早于1938年，这与凡高的生活时期（1853年1890年）是不相符的，因而可以断定这幅被鉴定的 油画是一幅赝品。
2、由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点 上，不会产生干涉现象．这是因为( ) A．两个光源发出光的频率不同 B．两个光源发出光的强度不同 C．两个光源的光速不同 D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
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光的干涉图样： 单色光：
明暗相间的条纹，且条纹间距相等。 两相邻亮纹（或暗纹）间距离与光的波长有关。
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单色光的干涉图样：
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• 干涉图样：条纹等宽等亮
大学物理--光的干涉和衍射 PPT
E 2 E12 E22 2E1E2cos
其中
2
1
2
(r2
r1 )
8
E 2 E12 E22 2E1E2cos
在波动光学中,光强定义为
I E 2 1 E 2dt 0
即光强
I I1 I2 2
1
I1
I
2
(
cosdt )
0
1、非相干叠加
对普通光源来说,由于原子发光就是间歇得、随
2、相干叠加 I I1 I2 2
1
I
1
I
2
(
cosdt )
0
如果在观察时间内,相位差保持恒定,则合成
光强为
I I1 I2 2 I1 I2 cos
2 2 1 (r2 r1 )
可见,在相干叠加时,合成光强在空间形成强弱相
间得稳定分布。这就是相干叠加得重要特征。 11
I I1 I2 2 I1 I2 cos
反 2e n22 n12sin2i
+半=
(0, )
(k 1) 明纹 2 暗纹
暗纹 明纹
2
(k=0,1,2……)
f
S
a1 a2 反射光
D
i
C n1
e
Ar B
n2
b2 n3
b1
36
透射光
例题 一平板玻璃(n=1、50)上有一层透明油膜 (n=1、25),要使波长=6000Å得光垂直入射无反射,薄 膜得最小膜厚e=?
反射光没有半波损失. 反射光在A点与B点都有半波损失、
f
两反射光得光程差不加
半波损失项、
总结:
S
a1 a2 反射光 n1>n2>n3时, 或者
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象大学物理中的波动光学：光的干涉和衍射现象波动光学是物理学中的一个重要分支，主要研究光的传播与相互作用的波动性质。
在这个领域中，光的干涉和衍射现象是两个关键概念。
本文将以大学物理的角度，对波动光学中的干涉和衍射进行探讨。
1. 干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇时所产生的明暗相间的干涉条纹现象。
它的基本原理是光波的叠加效应。
当两束光波相遇时，会发生干涉现象。
根据相位差的不同，干涉可分为相干干涉和非相干干涉两种。
1.1 相干干涉相干干涉指的是两束或多束光波的相位和振幅有固定的关系，使得它们在相遇的区域内能够产生稳定而有规律的干涉图样。
在相干干涉中，常见的一种情况是等厚干涉。
比如，当光线通过一个厚度均匀的平行光学板时，会因光速在介质中的改变而引起相位差，从而产生干涉现象。
1.2 非相干干涉非相干干涉指的是两束或多束光波的相位关系不稳定，在相遇的位置不会产生规律可辨的干涉图样。
光源的宽度、时间相干性以及光的偏振状态等因素都会影响非相干干涉。
2. 衍射现象衍射是指当光通过具有一定尺寸障碍物的缝孔或物体边缘时，光的传播方向发生偏离并产生干涉条纹的现象。
衍射实验是研究光的波动性质的重要手段之一。
著名的夫琅禾费衍射实验就是其中之一。
夫琅禾费衍射实验中，光通过狭缝后发生衍射，产生干涉条纹。
2.1 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是狭缝衍射的一种特殊情况，在物理学中具有重要的研究价值。
当一束平行光波通过一个非常窄的缝隙时，光会弯曲和发散，产生强弱交替的干涉条纹。
这里的交替现象是因为光的波动性质叠加所致。
夫琅禾费衍射给我们提供了研究光的波动特性的重要线索，对于理解光的传播和干涉现象有着重要的意义。
2.2 衍射光栅衍射不仅限于狭缝，还可以通过光栅来实现。
光栅是一种由有规则的孔或条带构成的光学元件，可以用于衍射实验。
由于光栅具有多个凹槽（或条带），光通过光栅后会发生衍射，产生出多个明暗相间的衍射条纹。
《光的干涉和衍射》 讲义
《光的干涉和衍射》讲义一、光的本质在探讨光的干涉和衍射现象之前，我们先来了解一下光的本质。
长久以来，对于光的本质存在着两种主要的学说：微粒说和波动说。
微粒说认为光是由微小的粒子组成，这些粒子沿着直线传播。
而波动说则主张光是以波的形式传播的。
随着科学的发展，大量的实验和观察证明了光具有波动性。
麦克斯韦的电磁理论进一步揭示了光是一种电磁波，其传播速度在真空中为恒定值。
二、光的干涉1、干涉的定义光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，在某些区域相互加强，在另一些区域相互削弱，从而形成稳定的明暗相间的条纹分布的现象。
2、相干条件要产生光的干涉现象，需要满足以下几个相干条件：（1）两列光波的频率相同。
（2）两列光波的振动方向相同。
（3）两列光波具有固定的相位差。
3、杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是证明光的干涉现象的经典实验。
在这个实验中，一束单色光通过两个相距很近的狭缝，在屏幕上形成了明暗相间的条纹。
假设两狭缝之间的距离为 d，狭缝到屏幕的距离为 D，光波的波长为λ。
则相邻明条纹或暗条纹之间的距离Δx 可以表示为：Δx ＝λD/d 通过这个实验，我们可以清晰地观察到光的干涉现象，并且可以通过测量条纹间距来计算光波的波长。
4、薄膜干涉薄膜干涉是日常生活中常见的一种干涉现象。
比如，肥皂泡表面的彩色条纹、水面上油膜的彩色花纹等都是薄膜干涉的结果。
当一束光照射到薄膜上时，在薄膜的上表面和下表面分别发生反射，这两束反射光在某些条件下会发生干涉。
三、光的衍射1、衍射的定义光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播，在障碍物或小孔的后方形成明暗相间的条纹分布的现象。
2、单缝衍射当一束光通过一个单缝时，在屏幕上会形成明暗相间的衍射条纹。
中央为明亮的条纹，两侧条纹亮度逐渐减弱。
单缝衍射的条纹宽度与缝的宽度、光波的波长以及观察距离有关。
缝越窄，波长越长，观察距离越远，衍射现象越明显。
3、圆孔衍射光通过圆孔时也会发生衍射现象。
大学物理Ⅰ第13章光的干涉与衍射习题答案
第13章 光的干涉与衍射训练题（含答案）一、选择题1. 如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1< n 2> n 3。
若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束(用①与②示意)的光程差是[ ] (A ) e n 22 (B) 222λ-e n(C) λ-e n 22 (D) 2222n e n λ-2.真空波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l 。
若l 等于下列各选项给出的值，A 、B 两点光振动位相差记为ϕ∆，则[ ] (A) 3, 32l λϕπ=∆= (B) πϕλn nl 3,23=∆=(C) πϕλ3,23=∆=nl (D) πϕλn nl 3,23=∆=3. 在双缝干涉实验中，两缝隙间距离为d ，双缝与屏幕之间的距离为)(d D D >>。
波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上。
屏幕上干涉条纹中相邻暗纹之间的距离是 [ ] (A)d D λ2 (B) D dλ (C) λdD (D) dDλ4. 如图所示，用波长为λ的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为n 、劈角为α的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹[ ] (A) 间隔变大，向下移动。
(B) 间隔变小，向上移动。
(C) 间隔不变，向下移动。
(D) 间隔不变，向上移动。
5. 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置。
当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环[ ] (A) 向中心收缩，条纹间隔变小。
Sλ3(B) 向中心收缩，环心呈明暗交替变化。
(C) 向外扩张，环心呈明暗交替变化。
(D) 向外扩张，条纹间隔变大。
6. 根据惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 [ ] (A) 振动振幅之和。
(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量（电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。
类似于机械波的干涉，光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:12I I I =++(1—1）与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法（一)、光程差法两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length ）。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则,n c v νλνλ==，两式相除得n vcλλ=，定义介质的折射率为： c n v=得 n nλλ=可见，一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短，为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- （1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
大学物理学(下册)第13章 光的干涉与衍射
化学发光：由化学反应引起的发光现象
以后讨论的光波如不特别说明都是普通光源发出的。
13.2.2 光波的叠加
1.光波的叠加 设频率相同、振动方向相同的两列简谐光波，
在同一均匀介质中传播至空间任意点P处相遇时，其光矢量振
动方程分别为
E1
E10cos(2t
2r1 n
10)
在P点叠加形成光波的振幅为
E2
n11
P
r2
n2
2 (n2r2 n1r1 )
2
可见，两列光波的位相差，不仅与它们经过的几何路程有 关，还与介质有关。
13.3.3 薄透镜的等光程性
A
o
B A
B
F
焦平面
F'
13.3.4 半波损失
当光波从光疏介质正入射或掠入射到光密介质时，介质的分界面上，反射 光的相位与入射光的相位之间产生的相位突变，这一变化相当于反射光光程变 化了半个波长
该装置处于真空中
M
S1 • S2 •
接触处, 屏上O 点出现暗条纹
O N
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差
n1 n2 有半波损失
透射波没有半波损失
n1 n2 无半波损失
入射波 n1
dx 条纹间距
D2
x D
d
反射波
n2
透射波
例3 如图,离湖面
h 0.5m
处有一电磁波接收器位于 C ，当一射电星从地平面渐
r S1 1
光程差仍然为零，
R1
即
S
l
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱR2
r2
o
0 R1 r1 (R2 r1) 0
S'
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象光的干涉与衍射现象光的干涉和衍射现象是大学物理基础知识中的重要内容。
本文将介绍光的干涉和衍射的基本概念、原理以及实际应用。
一、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相遇时发生的现象。
干涉可以是构成性干涉（增强光强）或破坏性干涉（减弱或抵消光强）。
干涉现象可以通过光的波动性解释。
1. 干涉光的波动模型根据互相干涉的光波的波函数，可以使用叠加原理对光的干涉进行数学描述。
干涉是由于波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇而形成的，这种相遇会产生干涉图案。
2. 干涉的光程差干涉的关键参数是光程差，它是指两束相干光的传播路径的差值。
当光程差为整数倍的波长时，会出现构成性干涉；当光程差为半整数倍的波长时，会出现破坏性干涉。
3. 干涉的类型干涉现象可分为两种类型：薄膜干涉和双缝干涉。
薄膜干涉是指光线在介质的两个表面之间反射、透射产生的干涉现象；双缝干涉是指光通过两个相隔较近的缝隙后形成的干涉现象。
二、光的衍射现象光的衍射是指光线通过小孔或物体的边缘时发生的现象，光波会向周围扩散形成衍射图样。
衍射现象可以通过光的波动性解释。
1. 衍射光的波动模型光通过一个小孔或物体的边缘时，光波会发生弯曲，并在周围空间中形成散射波。
这些散射波的叠加就会形成衍射图样。
2. 衍射的特点衍射的特点是衍射波传播范围广，可以绕过物体的边缘，进入遮挡区域。
衍射图样的大小与孔径或物体边缘大小有关，小孔或细缝会产生较宽的衍射图样，大孔或宽缝会产生较窄的衍射图样。
3. 衍射的应用光的衍射现象在实际应用中具有广泛的意义，例如天文学中使用的干涉仪、显微镜的分辨率提升、光学存储器的读写操作等。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射现象不仅仅是基础学科的内容，也有着广泛的实际应用。
1. 干涉与衍射在光学仪器中的应用干涉仪是利用光的干涉现象进行测量和分析的仪器，如干涉计和迈克尔逊干涉仪等。
衍射仪是利用光的衍射现象进行实验和观测的仪器，如杨氏双缝干涉实验装置和夫琅禾费衍射装置等。
《大学物理课件光的衍射与干涉实验》
衍射和干涉有什么区别
衍射是单一光源通过孔径后的现象，产生光的自然弯曲。而干涉则是两个或 多个光源产生的波面叠加现象，形成明暗相间的条纹。
光的波粒二象性
光既表现出波动性，如干涉和衍射，又表现出粒子性，如光电效应。这种波 粒二象性为解释光的行为提供了全新的视角。
杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验是展示光的干涉现象的经典实验。通过两个缝隙让光通过， 观察干涉条纹的产生和分布。
干涉色
干涉色是光的干涉现象中产生的彩色条纹。干涉色出现的原因是不同波长的光在叠加时出现相位差。
米氏干涉仪的结构和原理
米氏干涉仪通过两个半透明镜片制作，可以产生干涉条纹，并用于测量光的 波长和薄膜的厚度。
米氏干涉仪的应用
米氏干涉仪广泛应用于光学测量、干涉仪器、精密加工等领域，用于测量光 的相位差及物体表面形貌。
薄膜干涉和牛顿环实验
薄膜干涉和牛顿环实验是观察干涉色和薄膜特性的实验。光在薄膜表面反射和透射时产生干涉，形成明亮和暗 的环状条纹。
马赫-曾德干涉仪的原理和应用
马赫-曾德干涉仪是一种能测量物体形貌和光波前差的实验装置。通过两束光 线的干涉，可以观察到波前干涉条纹。
量子力学中的双缝实验
量子力学中的双缝实验是用于研究量子粒子行为的经典实验之一。通过分子 束的双缝干涉，观测到粒子的波动性。
双缝干涉实验的现象和解释
双缝干涉实验中光线通过双缝产生干涉，形成一系列交替明暗的干涉条纹。 这一现象可以通过波动理论进行解释。
单缝衍射实验
单缝衍射实验是研究光的衍射特性的经典实验。将光通过一个狭缝后，观察 到光的扩散和形成衍射图案。
单缝衍射的现象和解释
单缝衍射实验中光线通过单一狭缝产生衍射，形成中央明亮，周围暗的衍射图案。这一现象也可由波动理论解 释。
光的干涉与衍射
光的干涉与衍射光是一种波动，当光与物体相遇时，会发生反射、折射、干涉、衍射等现象。
光的干涉和衍射是光波的两个基本特性，对于我们理解光的本质和物体的结构起着非常重要的作用。
一、光的干涉光的干涉是指两束或多束光波相遇时产生的互相作用现象。
这种干涉通常在靠近光源的地方可以观察到，或者在几条光线交汇的地方也能看到。
其中光的干涉分为构成干涉条纹的两种情况，即相长干涉和相消干涉。
相长干涉：当两个传播相同的波峰相遇时，会叠加在一起形成更高的波峰；当两个传播相反的波谷相遇时，也会叠加在一起形成更低的波谷。
因此，两个波峰相遇时最大，两个波谷相遇时也最大。
这种干涉形成的条纹互相分开，颜色亮度明显。
相消干涉：当两个传播相反的波峰和波谷相遇时，会相互抵消掉。
这种干涉形成的条纹颜色暗淡，不明显。
一个著名的相消干涉现象是牛顿环。
二、光的衍射光的衍射是指光通过一些障碍物或小孔时，波的传播方向发生弯曲并向周围扩散。
这种现象主要由光波的波长和通过障碍物或小孔的尺寸决定。
当障碍物或小孔的尺寸与波长相近时，衍射现象就会变得特别明显。
衍射通常发生在圆形口、狭缝、棱镜和光学光栅等装置中。
衍射现象是一种很特别的光学现象，它们能够帮助人们直接观察到粒子的本质，因为它们形成了由任意数量的光波束组成的多个光点（魏尔回散光的干涉）。
但是有些衍射现象可以用一些数学方法证明，例如惠更斯原理。
三、斯托克斯-法拉第定理斯托克斯-法拉第定理是一种用于描述电磁波如何在物体内部传播的数学公式。
它描述了电场和磁场如何随时间发生变化，并且是电磁学中最重要的解决方案之一。
该定理是由数学家、物理学家和工程师James Clerk Maxwell第一次提出的。
他教授精彩的、实验室基础的方法，解释了光的波动性。
斯托克斯-法拉第定理广泛应用于无线电通信，例如计算机网络、移动通信和卫星通信等领域。
四、结论在现代物理学中，光是一种波动，并且随着时间的推移，我们对光的了解越来越多。
大学物理课件13光的衍射
衍射的几何理论
01
衍射的几何理论是通过几何方法 来研究光波传播的基本规律，包 括光线的传播、反射、折射等。
02
该理论基于几何光学的基本假设 ，即光沿直线传播，且光速不变 。
衍射的波动理论
衍射的波动理论是研究光波在空间中传播的基本规律，包括光波的干涉、衍射等 现象。
波动方程
首先建立光源发出的光波波动方程。
惠更斯-菲涅尔原理
应用惠更斯-菲涅尔原理，分析光波 通过圆孔后的衍射情况。
基尔霍夫衍射理论
应用基尔霍夫衍射理论，推导出圆孔 衍射的数学公式。
公式推导
通过数学推导，得出圆孔衍射的强度 分布公式和衍射条纹的角度分布公式。
05 光的双缝干涉与衍射
双缝干涉与衍射的实验装置
光源
双缝装置
选择单色性好的激光光源，确保光波的相 干性。
设置两个平行且相距一定距离的小缝，用 于产生相干光束。
屏幕
光路调整
放置在双缝装置的后面，用于观察干涉和 衍射条纹。
确保光束垂直照射在双缝上，并使屏幕与 双缝平行。
双缝干涉与衍射的实验结果
干涉条纹
在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与 光波长和双缝间距有关。
单缝衍射的实验结果
中央亮条纹
光通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮条纹。
两侧衍射条纹
在中央亮条纹两侧，出现对称的衍射条纹。
条纹宽度与单缝宽度的关系
单缝越窄，条纹越宽，衍射现象越明显。
单缝衍射的数学公式推导
波动理论
01
光波在传播过程中遇到障碍物时，会产生衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理
《光的干涉和衍射》 讲义
《光的干涉和衍射》讲义在我们生活的这个奇妙世界里，光扮演着至关重要的角色。
它不仅让我们能够看见周围的一切，还隐藏着许多令人着迷的奥秘。
今天，咱们就来深入探讨一下光的干涉和衍射这两个神奇的现象。
首先，咱们来聊聊光的干涉。
干涉，简单来说，就是两束或多束光相互叠加时发生的一种特殊情况。
想象一下，有两个水波源，它们不断地向外产生水波。
当这两个波源产生的水波相遇时，波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，就会形成更强的波；而波峰与波谷相遇，就会相互抵消。
光也是一种波，也会有类似的情况发生。
光的干涉有两种常见的类型：分波面干涉和分振幅干涉。
分波面干涉中，最典型的例子就是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验里，一束光通过两个相距很近的狭缝，变成了两束相干光。
这两束光在屏幕上相遇，就会形成明暗相间的条纹。
如果两束光的光程差是波长的整数倍，就会出现亮条纹；如果光程差是半波长的奇数倍，就会出现暗条纹。
分振幅干涉呢，常见的有薄膜干涉。
比如，咱们夏天看到的水面上的油膜，会呈现出五彩斑斓的颜色，这就是薄膜干涉的结果。
当光在薄膜的上下表面反射时，由于光程差的不同，导致某些波长的光相互加强，某些波长的光相互削弱，从而让我们看到了不同的颜色。
光的干涉在实际生活中有很多应用。
比如，在光学检测中，可以利用干涉条纹来检测光学元件表面的平整度。
如果表面平整度高，干涉条纹就会均匀、规则；如果表面不平整，干涉条纹就会出现弯曲或变形。
接下来，咱们再说说光的衍射。
衍射呢，指的是光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光线不再沿着直线传播，而是绕过障碍物或从小孔边缘扩散开来的现象。
就好像水波遇到障碍物时，会绕过去继续传播一样，光也有这样的特性。
衍射现象可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。
菲涅尔衍射是指光源和观察屏距离衍射屏都不是无限远的情况；夫琅禾费衍射则是指光源和观察屏距离衍射屏都为无限远的情况。
在日常生活中，我们也能观察到光的衍射现象。
比如，当我们通过一个很小的狭缝观察远处的灯光时，会看到灯光的边缘模糊不清，这就是光的衍射。
大学物理易考知识点光的衍射和干涉现象
大学物理易考知识点光的衍射和干涉现象光的衍射和干涉现象是大学物理中的重要知识点之一。
在学习光学的过程中，了解和掌握这两个现象对于理解光的特性和应用具有重要的作用。
本文将从衍射和干涉的基本概念入手，逐步深入介绍光的衍射和干涉现象的原理、实验现象以及应用领域，以帮助读者全面了解和掌握该知识点。
一、光的衍射现象衍射现象是光通过一个孔或者绕过一个障碍物后产生的一系列干涉、衍射的现象叠加而形成的。
它是光学中的一种特殊光的传播现象。
在描述光的衍射现象时，我们常使用的两个重要概念是波前和波束。
1.1 波前波前是指波动源上的相位相同的点的集合。
在准直光束通过一个圆孔或者一个狭缝时，处在物面上的波前就是入射光的等相位面，可以看作是一个球面。
而当光通过孔或绕过一个障碍物后，波前则变成了以孔或障碍物边缘点为波面球心的球面。
1.2 波束波束是指由入射光经过衍射或干涉后形成的光的集合，也可以理解为一束弯曲的光。
根据衍射程度的不同，波束可以表现出强度分布的变化，形成明暗纹或者彩色光斑。
以上是光的衍射现象的基本概念，接下来我们将介绍一些重要的衍射现象和光学实验。
二、菲涅尔衍射和菲涅尔透射菲涅尔衍射是指光通过狭缝、小孔或者小斑点时，在屏幕上产生明暗相间、辐射状的光斑。
而菲涅尔透射是指光通过透明媒介接触到其他物体表面时也会出现类似的现象。
2.1 菲涅尔衍射菲涅尔衍射的典型实验是通过一条宽度很小的矩形狭缝，在遥远处放置一个屏幕，观察到在屏幕上形成一系列狭缝衍射条纹。
这些条纹是由于光线在通过缝隙后，发生了衍射现象叠加而形成的。
2.2 菲涅尔透射菲涅尔透射是指光通过光学元件（如透镜、棱镜等）后，通过散斑的方式发生了衍射现象。
通过观察透射光的特征，我们可以对光学元件的表面粗糙程度和光学性能有所了解。
接下来我们将介绍光的干涉现象。
三、光的干涉现象干涉现象是指两个或多个波动的光线相遇时产生的光强的相互作用。
干涉现象的产生需要两个条件：首先是波源发出的两个波动光线要干涉；其次是这两个波动的光线要有一定的相位差。
光的干涉和衍射
光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学中的两个重要现象，揭示了光波在传播过程中的特性和行为。
干涉是指两个或多个光波相互作用形成明暗条纹的现象，而衍射是指光波通过有限孔径或物体的边缘时发生的弯曲和扩散现象。
一、光的干涉光的干涉是指来自不同光源或同一光源经不同路径传播的光波相遇时产生相干叠加的现象。
当两束光波遇到时，它们会按照一定的相位关系相互干涉，形成明暗交替的干涉条纹。
在干涉现象中，常见的实验是杨氏实验。
这个实验使用一束单色光照射到一块有两个狭缝的屏幕上。
在屏幕背后放置一个接收屏幕来观察干涉条纹。
当光通过两个狭缝时，它们将在接收屏幕上产生一系列明暗相间的条纹。
这是因为光经过两个狭缝后，会形成一系列相干波，这些波相互叠加产生干涉。
干涉现象可分为两种类型：定域干涉和扩展干涉。
定域干涉指的是光的干涉是在空间上很小的区域内发生的，例如杨氏实验中的狭缝干涉。
扩展干涉则是在大范围内发生的干涉现象，例如光的波前在空间上形成连续的交错条纹。
二、光的衍射光的衍射是指光通过有限孔径或物体的边缘时发生的弯曲和扩散现象。
当光波通过一个孔径较小的障碍物或物体的边缘时，光波将发生衍射现象，并形成呈圆形或波的形状的光斑。
一个经典的衍射实验是夫琅禾费衍射实验。
在这个实验中，一束单色光通过一个狭缝射到一个屏幕上。
在屏幕上形成了中央亮斑和周围暗斑，这是由于光波经过狭缝后，发生了衍射，并在屏幕上形成了衍射图案。
衍射现象充分说明了光的波动性质，它与光的粒子性质在一定程度上相对立。
由于光的波长决定了衍射程度，因此通过观察衍射现象可以测量光的波长，并研究光的性质。
三、应用和意义光的干涉和衍射是光学领域中的重要现象，并在多个领域有广泛的应用。
光的干涉和衍射被广泛应用于干涉仪、光栅、激光、光学显微镜等设备和技术中。
在干涉仪中，通过利用光的干涉原理，可以测量光的波长、透明薄膜的厚度、空气中的折射率等信息。
光栅则是利用光的衍射现象形成的衍射图案，可以用于分光仪、光谱分析等领域。
《光的干涉和衍射》 讲义
《光的干涉和衍射》讲义一、光的本质在深入探讨光的干涉和衍射现象之前，我们先来了解一下光的本质。
光，一直以来都是物理学中一个令人着迷的研究对象。
经过众多科学家的不懈努力，我们现在知道，光具有波粒二象性。
从粒子的角度来看，光由一个个被称为光子的微小能量包组成。
而从波动的角度，光可以被看作是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等特性。
二、光的干涉光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
我们可以通过杨氏双缝干涉实验来直观地理解光的干涉。
在这个实验中，一束光通过两个相距很近的狭缝，在后面的屏幕上会出现明暗相间的条纹。
这是因为从两个狭缝出来的光相当于两个相干光源，它们的光波在屏幕上相遇时发生了干涉。
那么，为什么会出现明暗相间的条纹呢？当两列光波的波峰和波峰相遇，或者波谷和波谷相遇时，就会相互加强，形成亮条纹；而当波峰和波谷相遇时，就会相互抵消，形成暗条纹。
光的干涉在日常生活中也有很多应用。
比如，在光学精密测量中，利用干涉原理可以测量微小的长度变化、表面平整度等；在薄膜干涉中，我们可以看到肥皂泡、水面上的油膜呈现出五彩斑斓的颜色。
三、光的衍射光的衍射则是指光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光线偏离直线传播而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。
一个经典的例子是单缝衍射。
当一束光通过一个狭窄的单缝时，在屏幕上不再是一条清晰的直线，而是出现中央亮纹较宽，两侧亮度逐渐减弱的条纹分布。
衍射现象的产生是因为光波在传播过程中，波面上的每一点都可以看作是新的波源，这些子波相互叠加，从而导致了光的衍射。
衍射现象在很多方面都有着重要的应用。
例如，在光学仪器的设计中，需要考虑衍射的影响来提高分辨率；在 X 射线衍射中，可以用于分析晶体的结构。
四、干涉和衍射的联系与区别光的干涉和衍射既有联系又有区别。
联系在于，它们都是光的波动性的表现，都遵循波动的基本规律。
大学物理光的干涉与衍射现象
大学物理光的干涉与衍射现象光是一种电磁波，具有波动和粒子性质。
在大学物理学中，光的干涉与衍射现象是一个重要的研究内容。
干涉指的是两束或多束光波相互叠加后形成的干涉图样，而衍射则是当光通过一些尺寸相当于它波长的孔径或者绕过一个物体时，光波的传播会出现偏折现象。
1. 干涉现象1.1 杨氏实验杨氏实验是探讨光的干涉现象的经典实验之一。
它通过将光束分成两束，经过不同路径后在屏上相互叠加形成干涉条纹。
这表明光波是具有干涉性质的，不同相位的光波会发生干涉，形成明暗条纹。
1.2 干涉的条件干涉现象发生的条件包括相干性和干涉的几何条件。
相干性指的是两束或多束光波的相位关系保持稳定，它决定了光的干涉效果。
而干涉的几何条件包括光源的大小、光线传播的方向和光程差等因素，它们决定了干涉条纹的形态和位置。
2. 干涉的类型2.1 干涉的分类根据光源的类型，干涉可以分为自然光干涉和单色光干涉。
自然光干涉是指自然光经过一个非均匀厚度的介质或物体后形成的干涉现象。
而单色光干涉则是指单色光经过干涉装置后形成的干涉现象。
2.2 干涉的类型常见的干涉类型包括薄膜干涉、牛顿环干涉和迈克尔逊干涉等。
薄膜干涉是指光波在透明或反射边界处发生干涉现象，产生彩色的干涉条纹。
牛顿环干涉是指光波在凸透镜和平行玻璃板之间产生的干涉现象，形成圆环状的干涉条纹。
迈克尔逊干涉则是通过使用半反射镜和反射镜等光路装置，形成干涉条纹。
3. 衍射现象3.1 衍射的特点衍射是指光通过孔径或者绕过物体后的传播现象。
相比于干涉，衍射是光波遇到障碍物后的传播行为，它不需要多个光波的叠加。
衍射的特点包括波阵面的弯曲、波的弯曲传播和波的绕射等。
3.2 衍射的条件衍射现象发生的条件包括波的波长、孔径尺寸和波前的形状等因素。
当光通过的孔径尺寸和波长相当，或者光通过物体的尺寸相当于波长时，会发生衍射现象。
4. 衍射的类型4.1 单缝衍射单缝衍射是指光通过一个狭缝后的衍射现象。
光经过狭缝后，会在屏幕上形成中央明暗条纹和多个级次的暗条纹，形成衍射图样。
光的干涉和衍射课件
定量分析和研究衍射现象，并了解最小分辨角的概念。
应用和发展
光学仪器中的应用
探讨干涉和衍射在光学仪器中 的应用，如干涉仪、衍射光栅 和激光技术。
光的快速信号处理
了解干涉和衍射在光的快速信 号处理中的重要性和应用领域。
大规模光电集成技术
研究光电集成技术中干涉和衍 射的创新应用，如光子芯片和 光学通信。
光的干涉和衍射
光的干涉和衍射是光学中重要的现象，影响着现代科技的发展。本课件将介 绍干涉和衍射的基本概念和原理，以及它们在光学仪器和光电集成技术中的 应用。
介绍
光的干涉和衍射的基本概念
了解光的干涉和衍射是什么，以及它们是如何 发生的。
为什么会产生干涉和衍射现象
探索干涉和衍射现象产生的原因和背后的物理 学原理。
结论
1 本课程的主要内容回顾和总结
回顾本课程涵盖的主要内容，对光的干涉和衍射进行总结。
2 干涉和衍射在现代科技中的应用前景
展望干涉和衍射在现代科技中的应干涉
探索通过单色光引起的干涉现象，如条纹、等倾干涉和等厚干涉。
2 多色光的干涉
了解多色光在干涉中的表现，包括纵向色散和横向色散。
光的衍射
1
衍射的基本原理和公式
了解衍射现象的基本原理和数学公式，并将其应用于衍射实验。
2
衍射实验
探索如何进行衍射实验，观察衍射光的特性。
3
衍射光的性质
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可见，两列光波的位相差，不仅与它们经过 的几何路程有关，还与介质有关。
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激光光源 普通光源
热光源：利用热能激发的光源 电致发光：由电能直接转换为光能 光致发光：由光激发引起的发光现象
化学发光：由化学反应引起的发光现象
以后讨论的光波如不特别说明都是普通光源发出的。
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13.2.2 光波的叠加
1.光波的叠加 设频率相同、振动方向相同的两列简谐光波， 在同一均匀介质中传播至空间任意点P处相遇时，其光矢量振 动方程分别为
第13章 波动光学
2020/6/16
本章内容
13.1 光的电磁理论 13.2 光源 光波的叠加 13.3 光程 光程差 13.4 双缝干涉 13.5 薄膜干涉 13.6 光的衍射 13.7 光栅衍射
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绪论
光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学可分为三个分支： 1.几何光学：几何光学主要是从直线传播，折射、反射 定律等实验定律出发，基于光线模型讨论光的传播规律， 主要用于处理光学成像问题 。
波动说：认为“光同声一样，是以球形波面传播”，光是
在一种特殊弹性媒质中传播的机械波，并且是纵波。代表
：惠更斯和菲涅耳 通过实验验证：
•干涉 •衍射 •偏振
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13.1.2 光的电磁理论
旧根波据动麦理克论斯和韦微电粒磁学波说理一论样，，电都场是强建度立矢在量机与械磁论感的应基强础 之度上矢，量把周光期现性象变看化作在是空一间种的机传械播运形动成过电程磁，波认。为电光磁是波在中 某能种引特起殊视弹觉性和介使质感一光“材以料太感”光中的传原播因的主弹要性是波振。动这着就的产电 生场一强系度列，矛并盾把电场的振动称为光振动，电场强度称为光 矢量。
E 1E 1c0 o2s(t2nr110) E 2E 2c 0 o2s(t2n r22)
在P点叠加形成光波的振幅为
P
E 0E 1 20 E 2 20 2E 1E 02c 0 o s
其中 为两列光波的相位差，有
r1
· 1 r2
(20 1)02 n(r2r1)0p
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2·
2.相干叠加 若 0 恒定， 就仅是位置的函数，则
2.波动光学：以光波这一模型研究光的波动性的干涉、 衍射、偏振等的学科。
3.量子光学：从光量子性质出发研究光的辐射及光与 物质的相互作用的问题。
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13.1 光的电磁理论
13.1.1 光的微粒学说与波动学说之争 微粒说：认为光是按照惯性定律沿直线飞行的粒子流。可解 释了光的直线传播定律,并能对光的反射,折射作一定的解释 。代表：牛顿
nr
光程的物理意义：
r
n
nr c r c r ct
v
v
即光程nr等于在相同的时间内光在真空中传播的几何
路程。光程就是折算到真空中的路程。
2. 光程差
两束光的光程之差。 n2r2n1r1
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13.3.2 光程差和位相差的关系 两振动初相相同的相干光，经
n2r2n1r1
过不同的介质到达P点，两光波在
13.3.3 薄透镜的等光程性
A F
o
B A
F'
B
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焦平面
13.3.4 半波损失
当光波从光疏介质正入射或掠入射到光密介质时，介 质的分界面上，反射光的相位与入射光的相位之间产生的 相位突变，这一变化相当于反射光光程变化了半个波长
例：光程差为
0 2n2e
附加光程差为
n11
1865年，麦克斯韦建立起经典电磁理论体系，预言了 电1.磁可波见的光存范在围，指出电磁波的速度与光速相同，认为光
光波是是一看种得电见磁的现电象磁，波即，光其是波看长得在见3的90电0n磁m~波76，0n把m之光间现，象频与
率在电7磁.5现×象10做14了~完4美.1的×统10一14H。z之爱间因。斯这坦个在范19围05之年间创的立光狭波义就
中心 频率(Hz)
4.51014 4.91014
5.31014 5.51014
6.51014
6.81014
7.31014
中心波长 (nm)
660 610 570 540 480 460 430
13.2 光源 光波的叠加
13.2.1 光源 普通光源的发光机制
⑴ 光源 能发光的物体称为光源。
光源的分类：
22
总光程差光程为 02n2e2
12
n1
n2
e
n3
相位差为 2 2 (2 n 2 e 2 ) 4 n 2 e
k0,1 ,2,3...
(b) 相消干涉（暗）
(2 k 1 )π ,
I I m i I 1 n I 2 2I 1 I 2
k0,1,2,3...
(c) 若相位差为其他任意值时，光强介于明暗之间。
(2010)2n(r2r1)
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13.2.3 获得相干光的方法
1.分波阵面法
演示
在光源发出的光的某一波面上，
分割出两个（多个）子波源，他们
发出的光可产生干涉现象，此法称
为分波阵面法。
2.分振幅法 一列光波经过反射、折射后，形
成的两列光波就是相干光产生干涉 的方法称为分振幅法。
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光 源
*
s1 s2
波阵面分割法
振幅分割法
13路程与介质折射率之积。
是可相见对光论。，人根眼本感上知否的定颜了色“由以频太率”决的定存。在，光波可以在自
由空间传播。
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表13.1.1 可见光七彩颜色对应的波长和频率范围
光色 波长范围 (nm)
红 760~622
橙 622~597 黄 597~577
绿 577~492
青 兰 紫
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492~470 470~455 455~400
II1I22I1I2cos
此时，光强将是位置的函数。光波在空间不同的区域的叠加， 将形成强弱分布稳定的光强分布，即为相干叠加
这种现象称为光的干涉，形成的空间周期性的分布图像称为 干涉花样
演示
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3.干涉明暗条件
(a) 相长干涉（明）
2kπ,
I I m a I 1 x I 2 2 I 1 I 2