衍射和干涉的区别

物理学光

简介

在我们的日常生活中，我们观察到各种现象，例如雨后天空出现彩虹，白光被分成七种颜色，以及水落在汽油上也会显示出不同的颜色。所有这些现象都与光的波动光学现象有关。在本教程中，我们将讨论两个重要的现象，即衍射和干涉。

在经典物理学中，衍射的概念首先使用惠更斯-菲涅耳原理进行解释。此后，许多科学家以不同的方式尝试解释这些术语。它被应用于生物大分子的研究。而干涉则应用于无线电信号的传输。

什么是衍射？

衍射是一个波或光线在经过障碍物的边缘时发生扩展的过程。在此过程中形成的图案被称为衍射图案。我们可以在日常生活中轻松观察到衍射现象。例如，当光线照射到 CD 和 DVD 上时，它们会显示彩虹图案。它们充当衍射光栅。衍射有两种类型。

菲涅耳衍射：光源和孔或孔和屏之间的距离是有限的，这种衍射称为菲涅耳衍射。
夫琅禾费衍射：在这种类型的衍射中，屏幕与狭缝的距离无限远。

图1：使用单缝的衍射图案

Thurth,my own, 单缝衍射, CC BY-SA 3.0

衍射条件

当障碍物的大小或宽度小于光束波长的等效值时，就会发生衍射。光波的波长越高，衍射越强。即 $\mathrm{\lambda \ge a}$，其中 a 为狭缝宽度。

单缝光的衍射

在这种衍射中，我们使用特定宽度的单缝来观察衍射图案。需要注意的是，狭缝的宽度必须小于光的波长。因此，让我们考虑一个宽度为 a 的狭缝 AB，D 是屏幕到狭缝的距离。

设 P 为观察点。OP 之间的距离为 y。

图2：单缝实验

从图中我们可以观察到，有两条光线以 $\mathrm{\frac{a}{2} sin \theta}$ 的路程差传播到点 P。

次级最大值（亮条纹）的条件

次级最大值条件也称为亮条纹条件。我们观察到 P 是一个亮点。亮条纹位于 $\mathrm{\frac{3 \lambda}{2},\frac{5 \lambda}{2},\frac{7 \lambda}{2}}$ 处。

$$\mathrm{a sin \Theta =(2n+1)\frac{\lambda}{2}}..........$$

次级最小值（暗条纹）的条件

对于次级最小值，我们观察到 P 是一个暗点，那么暗条纹位于 $\mathrm{\lambda,2\lambda,3\lambda.............}$ 处。

$$\mathrm{a sin \Theta =n\lambda}$$

中心最大值的条纹宽度大于其他条纹，所有亮条纹的强度都不同，这可以从下面给出的附图中看出。

我们可以看到，中心条纹比其他条纹更亮，并且比其他条纹更宽，这在下面给出的实验图像中可以看到。

干涉及其类型

两种不同振幅的波叠加在一起，形成一个具有新振幅的合成波的现象。振幅的大小取决于干涉的类型。干涉有两种类型。

相长干涉：当两列波沿相同方向、相同速度和相同相位传播时。然后这些波发生相长干涉。合成波的振幅和能量高于单个波。
相消干涉：当两列波沿相同方向、相同速度但反相传播时，这些波发生相消干涉。合成波的振幅小于单个波。

干涉条件

干涉有一些条件。我们将逐一讨论它们。

第一个条件是光源必须是相干的。这样，光源的相位差保持恒定。

光源应为单色光。
两列波的振幅和频率应相同。
光源应小或窄。