干涉和衍射的现象和本质

Question

如题所述

Answer 1

光的干涉与衍射本质上是波的相干叠加的结果。在19世纪初，英国物理学家托马斯·杨通过双缝干涉实验，展示了波动说能够完美解释这一现象。随后，法国物理学家菲涅尔进行了双面镜和双棱镜干涉实验，并同时进行了光的绕射实验，即衍射现象的研究。菲涅尔通过子波叠加的思想，对惠更斯的子波假设进行了补充和发展，形成了惠更斯-菲涅尔原理，对波动光学的发展做出了重要贡献。波动光学认为光是一种电磁波，干涉和衍射是其特有的波动现象，因此研究光的干涉和衍射对于理解光的波动性至关重要。干涉和衍射都是光波叠加的结果，光强分布中同时存在干涉和衍射。下面我们将探讨这两种现象。
菲涅尔衍射是指光波在近场区域的衍射，即光源或衍射图样的屏与衍射孔（障碍物）的距离是有限的。菲涅尔衍射积分式可用于计算光波在近场区域的传播，因法国物理学者奥古斯丁·菲涅尔而得名，是基尔霍夫衍射公式的近似。在这种情况下，光源和光屏到障碍物的距离都不远，且没有使用透镜。光线不是平行光，即波阵面不是平面。菲涅尔最早在1818年描述了这种情况，因此称为菲涅尔衍射。
干涉和衍射的区别如下：
一、现象不同：光的干涉是满足相干条件的光波在空间中相互叠加形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间中偏离直线传播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；衍射现象更广泛，要产生明显的光的衍射，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：典型的双缝干涉是两列波在屏上叠加，当两列波到达屏上某点的距离差等于波长的整数倍时，该点的振动加强，形成明条纹；当两列波到达屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，该点振动减弱，形成暗条纹。典型的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，它们在屏上不同点的叠加导致相互减弱的程度有规律地变化，形成明暗条纹。
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，中央明条纹宽且亮，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱。