日常生活中光的干涉和衍射现象

日常生活中光的干涉和衍射现象

在日常生活中常遇到光的干涉或衍射现象，在学了光的干涉和衍射现象以后，多加观察和分析，对学习是非常有益的。笔者将日常生活中一些光的干涉和衍射现象及其应用列举如下。

一、光的干涉

(1)雨过天晴，汽车驶过积水的柏油马路，会形成一片片油膜，在阳光照射下呈现出美丽的颜色。这是光的干涉现象造成的。不仅油膜会形成光的干涉，光线射入任何透明薄膜时，都会发生这种现象。比如肥皂泡、蜻蜓或苍蝇的翅膀，在阳光的照射下，也显得色彩缤纷。

(2)不锈钢经过化学和电化学加工后光泽鲜艳，基本色泽有黑、蓝、金黄、红、绿五种。彩色不锈钢表面色彩是氧化膜前后两个面上的反射光干涉形成的，精确控制其氧化膜厚度，即可获得满意色彩。光线角度不同，色泽随之变化，主要用于:①艺术品方面，使用丝网印刷技术和照相蚀刻技术及磨光技术相结合，使艺术图案花纹清晰地显现在不锈钢表面，再经过多次着色处理制出多种色彩立体感强的艺术品。②建筑装潢方面，彩色不锈钢可作大楼内外墙装饰板，瓦楞板门窗及门窗框架、吊顶、广告牌、厨房浴室内设备和装饰板，车、船、电梯内外装饰板、栏杆等。

(3)光学可变色薄膜是利用多层光学薄膜之间具有干涉效应的原理。颜色随入射角的改变而发生变化，即随着观看的视角不同，出现金黄、绿、褐、蓝、灰等颜色。20世纪80年代末加拿大国家研究院首先推出此项技术，并用于1988年版的50加元的钞票上。这个薄膜放在这版50加元的右上角，由5层氧化锆和氧化硅薄膜交替叠成。当倾斜纸币时，由于光的干涉，薄膜颜色由金黄色变成绿色。随后在面值100加元和20加元的钞票上也应用了此项技术。美国一公司将做好的变色薄膜粉碎成一定尺度的小碎片，这些小碎片仍然保有原来变色的特性，将其掺入油墨中，用于印刷防伪印品。1996年版的百元美钞用这种油墨印刷票面右下角的“100”面值，直视为绿色，更换视角为黑色。我国台湾省也研制了这种油墨。中国科学院上海技术物理所已研制成功光学可变色薄膜技术。

(4)天然珍珠是由珍珠母质在珍珠蚌类软体动物体内，围绕某种刺激物沉积而形成的。当外界刺激异物进入珍珠蚌体内，接触到外套膜通道时，珍珠质便一层一层地将它包裹起来，形成珍珠。珍珠层主要是由角质和文石晶体垂直层面互相重叠排列呈同心圆状的生长层组成的，当光线照射到珍珠层上时，各层反射出的光互相叠加，产生光的干涉现象，造成珍珠所特有的柔和又带彩虹晕色的珍珠光泽。

(5)珍珠用于彩妆类化妆品则往往以珍珠粉的形式添加。例如在珍珠霜中添加珍珠粉，不仅能抑制皮肤过多油脂的分泌、养颜美白，还能使颜面呈现一种玲珑鲜艳的色泽，使用者更加美丽。因为当光线投射到涂有珍珠霜而形成薄膜的脸上时，从薄膜的表面和里面反射出的光干涉，会产生动人的光彩。

(6)云母钛珠光颜料，是在光滑透明的云母基片上涂覆一层二氧化钛或其他有色金属氧化物，当光线照射到这多层薄片时，形成光的干涉。改变二氧化钛的涂层厚度，依此能产生金、红、紫、蓝、绿五种彩虹般的干涉色，变幻多姿多彩，俗称“变色珠光颜料”。

(7)珂玛菲光干涉颜料，俗称“变色龙”，是一种汽车漆。早在1996年推出的福特汽车使用了这种汽车漆，被时人誉为“魔幻绿”。珂玛菲颜料是一种非常独特的材料，由厚度仅为几微米的多层光干涉薄膜组成。珂玛菲颜料的颜色是薄膜干涉的结果。当材料的层状结构导致光产生干涉时，珂玛菲颜料就会发出各种颜色。珂玛菲颜料是通过沉积作用形成的超薄层状结构，准确控制颜料层状结构中膜层的厚度能产生不同的颜色。为了获得精确的颜色，厚度误差必须控制在原子级的范围之内。

(8)“月光石”，亦称“月长石”，古有“白宝石”之称。它是长石族的一种半透明的品种，因色美而受人喜爱。光射到长石薄层上会产生薄膜干涉，产生月光效应和银白色的乳光效应。据我国地质界前辈章鸿钊考证认为:我国战国时代一块很著名的璧玉——和氏璧，就是一块美丽的月光石。

(9)当今使用镀膜玻璃的建筑已经越来越普遍，镀膜玻璃是用于高层建筑最理想的墙体材料，镀膜玻璃不仅具装饰功能，而且有降低建筑物内的能量消耗的作用。镀膜玻璃的装饰效果和节能功能主要由其光学性能决定。光照射到镀膜玻璃上时，会产生光的干涉现象，从而影响反射光和透射光，由此产生了许多不一般的光学和热学性能。

(10)增透膜。现代光学装置，如照相机、摄影机、电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由许多光学元件如透镜、棱镜等组成的。进入这些装置的光，在每一个镜面上都有一部分光被反射，因此只有10%～20%的入射光通过装置，所成的像既暗又不清晰。计算表明，如果一个装置中包含6个透镜，那么将有50%的光被反射。若在镜面上涂上一层增透膜，就大大减少了光的反射损失，增强光的透射强度，从而提高成像质量。

(11)在眼镜中的应用。反射光的不良影响表现在:①降低透光率。光在镜片的前后表面均会造成反射，引起光能量的损失。②产生眩光，造成视觉紊乱。来自镜片前面和后面的光线在镜片的前后表面发生反射，反射光进入眼睛，投照在视网膜上。这些反射光相对入射光来说属于杂光，影响成像质量并产生眩光，特别是夜间骑自行车和驾驶汽车时尤其明显。③影响眼神表露。镜片上的反射光使对方不能看清你的眼神，影响情感的交流。④光圈现象。高度近视的镜片边缘常可看到一圈圈的光环。这是由于近视的镜片是凹透镜，中间薄边缘厚，高度近视的镜片边缘尤其厚，光线进入镜片侧面的边缘，在镜片的后表面发生反射，则在镜片前方外观表现为一圈圈的光环。为了减少上述这几种反射光的不良影响，则需要在镜片的前表面和后表面甚至在边缘涂一层增透膜。

二、光的衍射

(1)当一束光经过很小的孔、很窄的缝或细线时就会显现出光的衍射现象。拿一刀片，离开眼睛约半米距离，经过刀口对着日光灯看去，可以在刀口旁看到与边缘平行的条纹，这就是光的衍射现象。

(2)隔着纱、布、鸟的羽毛或把眼睛眯成一条缝看灯泡，都可看到光源向四面八方射出的彩色条纹。这是光的衍射现象。

(3)晚上直接用眼看远处的灯会发现其光芒四射，这是光的衍射现象。因人的瞳孔是小的多边形孔，形成星状的衍射图样。

(4)通常使用显微镜是在可见光照射下进行观察的，而可见光的波长范围是4000～7700，若物体的尺寸在4000以下，光可以绕过它产生衍射现象，使物体的像变得模糊，所以能看清的物体不能小于4000，也就是光学显微镜放大倍数的极限是两三千倍。如果改用紫外线作为显微镜的照明光源，由于紫外线的波长比可见光的波长短，就可使显微镜的分辨本领提高一倍以上。电子显微镜是利用波长只有几十埃或几个埃的“电子波”，分辨本领比光学显微镜提高上千倍。不过电子显微镜的电子波要在真空中进行，不适宜观察有生命的微小物体。

(5)在大气中传播的日光或月光遇到小云滴(小雨滴或小冰晶)等障碍物时，会绕过这些障碍物而产生衍射。当天空中存在由均匀小云滴组成的透光高层云或透光高积云时，月光在透过云层时遇云滴而产生衍射，由于云滴大小均匀，形成的衍射环能叠加，从而出现以月亮为中心的一圈圈明暗相间的彩色光环，这就是华。雾天看远处的灯也会出现这种现象。

(6)佛光是一种衍射现象。在泰山、峨眉山等处均可看到这种现象。人若站在云雾萦绕的高山之巅，恰值山巅之上是晴空，山巅之下是云雾，背对晴天的太阳，向下看弥漫的云海迷雾，便可能看到云雾幕上出现人影，围绕在人影的四周是一圈圈彩色光环，有红色的也可有蓝色或别的颜色的光环。这是由于阳光照射观测者所形成的人影一直投射到云雾上，观测者便可看到自己的影子。阳光又照射到影子附近的云雾滴上，云雾滴对阳光进行散射，被散射射向人眼的光经过云雾滴时发生衍射现象，便形成以太阳与观测者的连线的延长线为中心的一圈圈彩色光环。游人站在较高的山头上顺光而视，就可能看到缥缈的雾幕上，呈现出一个内蓝外红的彩色光环，将整个人影或头影映在里面，恰似佛像头上方五彩斑斓的光环，故得名“佛光”或“宝光”。据记载，泰山佛光大多出现在6～8月中半晴半雾的天气，而且是太阳斜照之时。在峨眉山上看到这种现象的机会甚多，每年有七八十次。

(7)“装饰光栅玻璃”是根据光的衍射原理，用高技术方法将彩虹光栅刻在玻璃表面上而形成的彩色装饰材料，当光照射到“装饰光栅玻璃”上时，它就会放射出五彩缤纷的美丽的光环。

(8)全息术是指应用光的干涉和衍射原理，将物体发出的光波以干涉条纹的形式记录下来成为“全息图”，并在一定的条件下再现出和原物逼真的三维衍射像的技术。由于记录了物体光波的振幅和相位信息，因而称为全息术或全息照相。全息术应用在防伪方面，形成了防伪全息技术。国内目前主要应用的属于彩虹全息技术。彩虹全息术是用激光记录全息图，用白光照明再现单色像的一种全息术。随着观察角的变化像的颜色可以连续发生红绿蓝的变化，像雨后天空中的彩虹一样，因而叫彩虹全息。全息术主要应用于制作防伪标记。