光的干涉与衍射

光的干涉与衍射

钱正

（南京市第29中学，210008）

关键词：光；微粒说；波动性

前言

光在我们的生产和生活中是无处不在的，与我们息息相关的太阳光，灯光、红外线、紫外线等。人们在很早之前对光学就有了一定的研究。光学的研究包括光的物理本性、光的传播以及光与物质的相互作用等。光学与几何学、天文学、力学一样，是一门有历史悠久的学科，也是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一。最经典的是牛顿的微粒说，认为光是一种微小的、做高速运动的粒子流，且光是沿直线传播的。真正让光学进入一个全新阶段的是光的波动学的建立：光既具有粒子性又具有波动性。光的干涉、衍射、光的偏振是光波动性的表现。光学现象在我们生活中的应用也越来越广泛，如医学、国防、环境与材料等领域，为人类社会制造了巨大财富，推动了社会的进步。

正文

1.光的波动性

光的波动性理论最早由胡克提出的，光的干涉、衍射、偏振等现象都是光的波动性的体现。光既有波动性又有粒子性。牛顿的“微粒说”，成功的解释了光沿直线传播的，光的反射和折射现象，而以惠更斯为代表的光的波动说，认为光是在充满整个空间的特殊介质“以太”中传播的某种弹性波。到了19世纪波动光学体系已经形成了，出现了惠更斯—菲涅耳原理。它即解释了光在同种均匀物质中的直线传播，也成功解释了光绕开障碍物时所发生的现象，如小孔成像等。

2.光的干涉现象

生活中光的干涉现象也是经常遇到的，比如：水面上经常会出现一层油,我们从远处远远看见类似于彩虹的景观,这种现象一般出现在雨后的新修马路路面上；夏天为防蚊子用的纱窗，纱门等，从远一点的地方可以看到屋外清晰的景象等现象。

光的干涉产生的条件：两列完全相同的波（频率相同、相位差恒定和振动方向相同），发生叠加形成新的波形的现象，叫做干涉现象。在现代光学技术中，两列波的相干光学在光学中占有重要地位。发生干涉现象，我们经常能看到明暗相间的条纹，如肥皂泡的表面会出现彩色图案。光的干涉现象是光的波动性的有力依据。

3.光的衍射现象

衍射的想象在生活中更为常见，当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时，在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样，如暗背景下,用弱光照射小薄刀片背面,在正面观看会发现小刀片的正面边缘也会有发亮。

衍射产生的条件：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播，并在屏幕上出现光强不均匀的分布现象，叫光的衍射。如夜晚用我们的眼睛看远处的灯光，我们在灯的周围会看到一些亮暗相间的呈辐射状的彩色条纹，这就是衍射图样。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。

4.光的干涉与衍射的关系

光的干涉和衍射都是两列波叠加引起的结果，都是光的波动性的有力证明。不管是光的干涉还是衍射都是光在传播过程中产生的现象，一种是两列光波的叠加，一种是光波绕开障碍物后的叠加，都会形成新的光波的现象。光的干涉与衍射在本质上是相同的。

光的干涉与衍射产生的现象、原理、以及条件都是不相同的。干涉是两列光波的直接叠加，波峰波谷之间的相互叠加。波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加会出现亮条纹，相反，波峰与波谷相遇则出现暗条纹，且明暗相间的光强分布上间距很均匀。而衍射是光波偏离直线传播而绕开障碍物之后继续在空间叠加的现象，条纹的光强分布是不均匀的。

5.总结

光学作为物理学的重要分支学科，发展的过程符合哲学中的认识规律。光在真空中或者介质中传播是以电磁波的形式传播的，光的干涉和衍射是光的波动性的基本表现。对光学研究对人类的生产生活有着密切的关系，尤其对医学技术贡献很大，如激光术、光子技术等。

参考文献

[1]张三慧.大学物理学（第三版）B版：清华大学出版社，2009年

[2]顾曾逵.波动光学教学的几个问题。上海第二工业大学学报 

[3]叶玉堂.饶建珍 肖峻 等.《光学教程》 北京：清华大学出版社 2005.