干涉与衍射的联系与区别

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。

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：

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。

干涉分类（为了获得相干光）：

（1） 分波前干涉装置

1）杨氏双缝干涉

双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)；屏上形成的明暗相间的等间距的干涉条纹。

2）菲涅尔双棱镜

3）洛埃镜

4）菲涅尔双面镜

（2） 薄膜干涉（等厚干涉）

1）尖劈

2）牛顿环

（3） 薄膜干涉（等倾干涉）

干涉现象的应用：

（1）  利用尖劈，在加工光学元件时，检查表面的平整度。

（2）广泛采用牛顿环的原理来检查平面或曲面的面型准确度。

（3）  增透膜:在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长，它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量。

（4）  高反膜：基于薄膜干涉原理，在基片上交替镀制光学厚度为四分之一波长的高低折射率材料而形成多层介质膜，这种四分之一波长膜堆的的理论极限可以达到99.68%。

光的衍射：

波在传播中遇到有很大障碍物或遇到大障碍物中的孔隙时，会绕过障碍物的边缘或孔隙的边缘，呈现路径弯曲，在障碍物或孔隙边缘的背后展衍，这种现象称为波的衍射。波的衍射现象可以理解为不见其人，只闻其声。

   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。

现象：

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。

光的衍射的应用：

（1） 用于光谱分析，如衍射光栅光谱仪；

（2） 使用X射线衍射来分析晶体的结构。

（3） 衍射成像。

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。 

干涉和衍射本质上都是波的叠加，都会在空间形成明暗不均匀的现象，都不符合几何光学的规律。干涉是有限光束的叠加，衍射是无数小元振幅的叠加；干涉的叠加用求和计算，衍射的叠加用积分计算；干涉不讨论单个不完整波面的问题，衍射专门讨论单个不完整波面的传播问题。

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；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。

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。