干涉与衍射的区别

干涉与衍射的区别

光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学科,要真正理解光，理解光场中可能发生的各种绚丽多彩的现象，必须从光的波动性着手，只有从光的波动理论才能看出几何光学理论的限度。光的波动性最好的体现就在于光的干涉和衍射。

------引言

干涉和衍射现象是一切波动所特有的,也是用于判断某种物质是否有波动性的判据。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性

从理论上分析,干涉和衍射都是光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为：对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光,当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3,······的矢量和,即： E=E1+E2+E3······=∑Ei

而在相遇区外，各列光波仍保持各自原有的特性（频率，波长，振动方向等）和传播方向继续传播，就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。

光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性．但是，产生这两种现象的条件是不同的．光的干涉现象需要相干光，即两列振动情况总是相同的光源，在同一介质中相遇．例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光．而光的衍射现象产生的条件是障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况．例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹．其次，干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄．

深入本质：

光的干涉和衍射是光的波动性的二个基本特性,它们都是光振动的迭加,其本质是相同的,那么为什么又区分为干涉和衍射，教材中曾有过这样的解释:"干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别.然而习惯上(虽然并不总是适当的)当考虑的只是几个波的迭加时说是干涉,而讨论大量的波的迭加则说是衍射.尽管如此,同一现象在有些地方叫做多光束干涉,而在另一些地方则叫做光栅上的衍射."

干涉现象与衍射现象的区别：

1、干涉和衍射产生的条件不同：干涉是两束相同频率、振动情况相同的光波叠加而成，衍射是无数束光的叠加。

2、条纹的情况不同：单色光双缝干涉图样是以中央明纹为中心在两边对称等间距排列的条纹，亮度从中央向两边逐渐减小；单缝衍射的图样是间距不等的明暗条纹，中央最宽最亮，两旁的亮条纹强度逐渐递减。

光的干涉

光的干涉现象的广义定义为：“两束(或多束)频率相同，振动（偏振）方向一致振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加，其光强度分布与原来两束（或

多束）光的强度之和不同的现象。”为了突出“相干叠加”与“非相干叠加”在空间强度分布的明显的差别，又有了狭义的定义：“满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后，其合振动有些地方固定的加强，有些地方固定的减弱，强度在空间在有一种周期性的变化的稳定分布”。简单的说，光的干涉就是因波的叠加引起强度重新分布的现象。

产生干涉现象的条件是：（1）参与叠加的各波同频；（2）对于矢量波，只有参与叠加的各波振动的平行分量相干；（3）参与叠加的各波之间具有固定的相位差。

光的衍射：

让我们在日常生活中来观察光的衍射现象，伸出你的手，把两个指头并拢靠近眼睛，通过指缝观看电灯灯丝，使缝与灯丝平行，可以看到灯丝两旁有明暗相间的并带有彩色的平行条纹，这就是光通过指缝产生的衍射现象。

“光在传播过程中遇到障碍物时产生的偏离直线传播的现象，称为光的衍射”。从广义上讲，光在传播过程中，遇到障碍物时产生的偏离几何光学规律传播从二光强重新分布的现象，都称为衍射。

光的直线传播和衍射现象是有内在联系的，衍射现象是光的波动特性的最基本的表现，光的直线传播不过是光的衍射现象的极限而已。惠更斯－菲涅尔原理指出。在同一波面上所有各点所发次波在某一定点的叠加，当波面完全不遮蔽时，叠加的结果仍形成光的直线传播，如果波面的某些部分受到遮蔽或者说波面不完整，以致这些部分所发次波不能达到观察点，叠加时缺少了这些次波的叠加，便发现有明暗条纹的衍射现象。

下面我们来研究一下光的干涉与衍射的联系与区别

联系：

从同一波阵面上互相分离的各点，发出的分列的波，在观察处振幅相加，就成干涉；从同一波阵面上有限大的面积上连续的各点，发出的许许多多子波，在观察处，振幅逐点连续相加，就成衍射。

干涉和衍射都是波的叠加，都是空间明暗不均匀的现象，都不符合几何光学的规律。前者是有限光束的叠加，后者是无数小元振幅的叠加；前者的叠加用求和计算，后者的叠加用积分计算；前者不讨论单个不完整波面的问题，后者专门讨论单个不完整波面的传播问题。

干涉和衍射都是波的叠加，但干涉离不开光的衍射。如双缝干涉实验中，若光线只能沿直线传播，从双缝中射出的光就不能叠加，也就不产生干涉现象。而在衍射图样中也常看到干涉条纹。通常看到的干涉条纹和衍射图样，其实都是干涉和衍射相结合的结果，干涉要在衍射的基础上产生，衍射必伴随干涉。

区别：

一、现象不同

光的干涉是满足相干条件的光的空间里相互叠加而形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成的明暗相间的条纹。

二、产生的条件不同

要产生光的干涉，必须满足相干条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同；要产生光的衍射需要满足的条件是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或差不多。

三、产生的机理不同

干涉是双缝处发出的两列波在屏上叠加，当两列波到达屏上的某点的距离差等于波长的整数倍时，该点的振动加强点，因而出现明条纹；当两列波到达屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，该点是振动减弱点，因而出现暗条纹。

衍射是从单缝处产生无数多个子波，这些子波到达屏时相互叠加，它们在屏上不同点叠加时，其相互减弱的程度有规律地变轻或变重，在轻微处出现明条纹，在严重处出现暗条纹。

四、图样不同

以单色光为例：干涉图样是互相平行的且条纹宽度相同，中央和两侧的条纹没有区别；

而衍射条纹是平行不等距的，中央明条纹又宽又亮，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱。

总结：

干涉和衍射决不是两个对立的效应，它们可以看作一个统一的现象。实际上双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果，干涉是优先的若干各分立波的相干叠加，在数学上表现为相加问题；衍射是连续的无限多个次波的相干叠加，在数学形式上表现为一个积分的问题。从现象上看干涉图样是明暗相间的光强分布上间距较君宇；衍射图样是条纹的光强分布相对比较集中。所以，可以说衍射是复杂的干涉。在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源，所以，一般现象中既有干涉又有衍射。

总之，干涉和衍射在本质上是统一的，都是相干波的叠加，但在形成条件，分布规律以及数学处理方法上略有不同，而又是紧密关联的同一类现象。