衍射和干涉的區別

物理學光

簡介

在我們的日常生活中，我們觀察到各種現象，例如雨後天空出現彩虹，白光被分成七種顏色，以及水落在汽油上也會顯示出不同的顏色。所有這些現象都與光的波動光學現象有關。在本教程中，我們將討論兩個重要的現象，即衍射和干涉。

在經典物理學中，衍射的概念首先使用惠更斯-菲涅耳原理進行解釋。此後，許多科學家以不同的方式嘗試解釋這些術語。它被應用於生物大分子的研究。而干涉則應用於無線電訊號的傳輸。

什麼是衍射？

衍射是一個波或光線在經過障礙物的邊緣時發生擴充套件的過程。在此過程中形成的圖案被稱為衍射圖案。我們可以在日常生活中輕鬆觀察到衍射現象。例如，當光線照射到 CD 和 DVD 上時，它們會顯示彩虹圖案。它們充當衍射光柵。衍射有兩種型別。

菲涅耳衍射：光源和孔或孔和屏之間的距離是有限的，這種衍射稱為菲涅耳衍射。
夫琅禾費衍射：在這種型別的衍射中，螢幕與狹縫的距離無限遠。

圖1：使用單縫的衍射圖案

Thurth,my own, 單縫衍射, CC BY-SA 3.0

衍射條件

當障礙物的大小或寬度小於光束波長的等效值時，就會發生衍射。光波的波長越高，衍射越強。即 $\mathrm{\lambda \ge a}$，其中 a 為狹縫寬度。

單縫光的衍射

在這種衍射中，我們使用特定寬度的單縫來觀察衍射圖案。需要注意的是，狹縫的寬度必須小於光的波長。因此，讓我們考慮一個寬度為 a 的狹縫 AB，D 是螢幕到狹縫的距離。

設 P 為觀察點。OP 之間的距離為 y。

圖2：單縫實驗

從圖中我們可以觀察到，有兩條光線以 $\mathrm{\frac{a}{2} sin \theta}$ 的路程差傳播到點 P。

次級最大值（亮條紋）的條件

次級最大值條件也稱為亮條紋條件。我們觀察到 P 是一個亮點。亮條紋位於 $\mathrm{\frac{3 \lambda}{2},\frac{5 \lambda}{2},\frac{7 \lambda}{2}}$ 處。

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

次級最小值（暗條紋）的條件

對於次級最小值，我們觀察到 P 是一個暗點，那麼暗條紋位於 $\mathrm{\lambda,2\lambda,3\lambda.............}$ 處。

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

中心最大值的條紋寬度大於其他條紋，所有亮條紋的強度都不同，這可以從下面給出的附圖中看出。

我們可以看到，中心條紋比其他條紋更亮，並且比其他條紋更寬，這在下面給出的實驗影像中可以看到。

干涉及其型別

兩種不同振幅的波疊加在一起，形成一個具有新振幅的合成波的現象。振幅的大小取決於干涉的型別。干涉有兩種型別。

相長干涉：當兩列波沿相同方向、相同速度和相同相位傳播時。然後這些波發生相長干涉。合成波的振幅和能量高於單個波。
相消干涉：當兩列波沿相同方向、相同速度但反相傳播時，這些波發生相消干涉。合成波的振幅小於單個波。

干涉條件

干涉有一些條件。我們將逐一討論它們。

第一個條件是光源必須是相干的。這樣，光源的相位差保持恆定。

光源應為單色光。
兩列波的振幅和頻率應相同。
光源應小或窄。