衍射（英語：diffraction），又稱繞射，指的是波在傳播過程中遇到障礙物后傳播方向會發生改變，波能繞過障礙物的邊緣繼續前進。在狹縫的中部，波還保持原來的傳播方向，在狹縫的邊緣，波面彎曲，波改變了傳播方向，繞過障礙物向前傳播。衍射現象是波動的特征之一。
在經典物理學中，衍射現象由惠更斯-菲涅爾原理描述，該原理將傳播波陣面中的每個點視為單個球形小波的集合。如果有多個緊密間隔的狹縫/孔隙（例如衍射光柵），就會產生強度不同的復雜圖案。相關研究包括單縫衍射、雙縫衍射、衍射光柵等。通過量子力學的研究，原子尺度的實際物體也會表現出衍射現象。衍射的形式論還可以用來描述有限波（量度為有限尺寸的波）在自由空間的傳播情況。在適當情況下，任何波都具有衍射性質。如果障礙物具有多個密集分布的孔徑，就會造成較為復雜的衍射強度分布圖樣。這是因為波的不同部分以不同的路徑傳播到觀察者的位置，發生波疊加而產生的現象。
1655 年，意大利波侖亞大學的數學教授弗朗西斯科·格里馬第（英語：Francesco Grimaldi）把光線會繞過障礙物邊緣的現象稱為“衍射”。法國物理學家和鐵路工程師非涅耳（英語：Fresnel）專注于光的衍射現象的研究。他把克里斯蒂安·惠更斯原理中包絡面作圖法同楊氏干涉原理相結合，建立了分析光的衍射現象的基本理論，這就是著名的惠更斯一菲涅耳原理。
衍射主要應用在工程測量、全息攝影、X射線衍射等。
研究歷史
1655 年，意大利波侖亞大學的數學教授弗朗西斯科·格里馬第第一個提出了“光的衍射”概念，是光的波動學說最早的倡導者。在他逝世后出版的著作《光、色、虹的物理數學》中，描述了他所做的光的衍射實驗，他把這種光線會繞過障礙物邊緣的現象稱為“衍射”。
英國物理學家羅伯特·胡克（英語：Hooke）也觀察到衍射現象，在他所著的《顯微圖譜》（英語：Micrographia）一書中記載了他所觀察到的衍射現象，此書被認為是物理光學開始形成的標志之一。
英國科學家艾薩克·牛頓（英語：Newton，1643-1727）在衍射方面也做過類似于格里馬第的實驗。他觀察了毛發的影、屏幕的邊緣和楔等的衍射，從而得出結論：光粒子能夠同物體的粒子相互作用，且在它們通過這些物體邊緣時發生傾斜。
大約在牛頓的棱鏡實驗的一年后，詹姆斯·格雷戈里（英語：James Gregory）大概是受到了光線透過鳥類羽毛的啟發，發現了衍射光柵的原理。
19世紀初，英國著名物理學家托馬斯·楊（英語：Thomas Young）進行了著名的雙縫實驗。實驗所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現象，從而證明了光是一種波。楊氏在倫敦皇家自然知識促進學會的《哲學會刊》上發表論文，分別對“牛頓環”實驗和自己的實驗進行解釋，首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。楊氏寫成了論文《物理光學的實驗和計算》。他根據光的干涉定律對光的衍射現象作了進一步的解釋，認為衍射是由直射光束與反射光束干涉形成的。
法國物理學家和鐵路工程師奧古斯丁·菲涅耳專注于光的衍射現象的研究。他把克里斯蒂安·惠更斯原理中包絡面作圖法同楊氏干涉原理相結合，建立了分析光的衍射現象的基本理論，這就是著名的惠更斯一菲涅耳原理。其內容可這樣簡單敘述：光傳播的波面上每點都可以看作一個新的球面波的次波源，空間任意一點的光擾動是所有次波擾動傳播到該點的相干疊加。惠更斯一菲涅耳原理為定量分析和計算光的衍射光強分布提供了理論依據，成為定量分析光的衍射現象理論的開始。1818 年法國科學院舉行的懸獎征文競賽活動：利用實驗確定光的衍射效應以及推導光線通過物體附近時的運動狀況。非涅耳向科學院提交了應征論文，它以嚴密的數學推理，從橫波觀點出發，他以嚴謹的數學推理圓滿地解釋了光的衍射，并解決了困擾波動說的偏振問題。
著名數學家泊松（英語：Simeon-Denis 西莫恩·泊松）根據菲涅耳的理論推算出：把一個不透光的小的圓盤狀物放在光束中在離這個圓盤一定距離的像屏上，圓盤的陰影中心應當會出現一個亮斑。法國科學家阿拉果（英語：Arago）在檢驗實驗上觀察到圓盤陰影中心確實有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。
德國天文學家約瑟夫·馮·夫瑯和費（英語：Joseph von Fraunhofer）首次用光柵研究了光的衍射現象，對光通過光柵后的衍射現象進行了解釋。
1912 年德國物理學家馬克斯·馮·勞厄（英語：Max von Laue）想到晶體中原子的規則排列是一種適用于X射線的三維空間光柵，他用天然的晶體進行了試驗，圓滿地獲得了X射線的衍射工程圖，該實驗成功地證明了X射線是一種電磁波，也證明了晶體內的原子是按一定的間隔，規則地排列。而在衍射現象的進一步解釋，英國的布拉格（英語：W.H. Bragg & W.L. Bragg）父子提出了布拉格衍射方程。
原理
衍射用惠更斯-菲涅耳原理和波的疊加原理進行解釋。把波前的每一點考慮為次波（球面波）的點波源，這些次波就是后續時刻的波面。根據這一理論，任意后續位置的波位移等于這些次波求和。求和并非簡單的代數和，而必須慮及這些波各自的相對相位以及振幅。因此，它們疊加之后的振幅范圍介于0（相互完全抵消）和所有次波振幅的代數總和之間。可以通過光學實驗觀察光波的衍射工程圖。光的衍射圖樣通常具有一系列明暗條紋（分別對應光波振幅的最大值和最小值）。
人們為了分析波的衍射現象，構造了許多數學模型，其中包括從波動方程推導出的非涅耳 基爾霍夫衍射公式、夫禾費衍射模型以及菲涅耳衍射模型。設為圓孔半徑或狹縫寬度，為單射波的波長，為觀察屏距離圓孔、狹縫等衍射物體的距離，如果它們滿足
則稱其為菲涅耳衍射，它是衍射的近場近似；如果它們滿足
就稱其為夫瑯禾費衍射，它是衍射的遠場近似。
大多數情況，獲得衍射方程的嚴格解析解較為困難，可以通過有限元分析和邊界元分析方法來求得數值解。實際的衍射過程通常很復雜，不過，如果能夠將實際情況簡化到二維平面上，則對于衍射的數學描述將變得相對簡單。例如，水波就可以近似地看作是分布在二維平面上的機械波。而對于光波，如果它遇到的衍射物體在某一個方向的尺度遠大于光的波長，從而造成這個方向的衍射現象不顯著，那么，在分析計算時可以將其忽略，這樣做并不會嚴重影響分析結果。例如，狹縫問題就可以簡化到二維的情況，這是因為其沿著縫隙方向的長度和入射光波長相差甚遠，因此我們只需考慮它寬度和厚度這兩個方向。然而，當我們考慮入射光穿過圓孔時，則必須完整地考慮其三維方向光的傳播細節。
衍射對于光學系統分辨率的影響
由于衍射效應，截面有限而又絕對平行的光束是不可能存在的。由于光波波長很短，在通常條件下衍射發散角很小，不過在光通信或光測距這類遠程裝置里，即使很小的發散角也會造成很大面積的光斑。
物體通過光學儀器成像時，每個物點都有一個對應的像點，光學儀器中的透鏡、光闌都相當于一個透光的小圓孔，光通過這些圓孔時會發生衍射現象，像點不再是一個幾何點，而是有一定大小的艾里斑。如果兩個物點相距很近，其相對應的兩個艾里斑就會大部分重合而混為一體，無法分辨兩個物點的像，光的衍射現象使光學儀器的分辨能力受到了限制。
當我們用光學儀器去觀察一個較復雜的物體，如一對雙星、一張顯微切片時，畫面可以看成是許多不同顏色、不同亮度/不同位置的物點組成的。由于每個物點成的像實際上都是一個有一定大小的衍射斑，靠得太近的像斑就彼此重疊起來，使畫面的細節變得模糊不清。所以對于高放大率精密光學儀器來說，衍射效應是提高分辨本領的一個嚴重障礙。
例如，用望遠鏡觀察太空中的一對雙星，它們的像是兩個圓形衍射斑。如果這兩個物點的像之間的角距離大于衍射斑的角半徑時，很明顯我們能夠看出是兩個圓斑，從而也就知道有兩顆星。但是當兩個像之間的角距離比小時，兩個斑幾乎重疊在一起。由于兩個物點的光是非相干的，強度直接疊加，這時我們就看不出是兩個圓斑，因而也就無從知道是兩顆星。為了給光學儀器規定一個最小分辨角的標準，通常采用瑞利判據（英語：Rayleigh Criterion）。其規定，當一個圓斑像的中心剛好落在另一圓斑像的邊緣（即一級暗紋）上時，就算兩個像剛剛能夠被分辨。一般人眼是剛剛能夠分辨這種光強差別的，對于望遠鏡來說，這時兩像斑中心的角間距等于每個的半角寬度，即，這就是望遠鏡的最小分辨角公式，其中是物鏡的直徑。因此，為了提高望遠鏡的分辨本領，即減小其最小分辨角，必須加大物鏡的直徑，即望遠鏡的分辨率越高，鏡頭直徑越大。
相關研究
單縫衍射
假設有一個不透明擋板，在上面刻一條狹長、筆直、透光的縫，然后在擋板的后面放置一個觀察屏。照射單色平行光（英語：collimated light）在這個擋板上。按照幾何光學的直線傳播原理，觀察屏上只會有一條與狹縫輪廓相同的亮條紋。然而，精細的觀察可以發現在這條亮條紋的兩側，對稱地分布著一些亮條紋。這是因為光在狹縫處發生了衍射。
為了簡化對衍射的分析，限定入射光都是單色光（頻率相同），在波源位置具有相同的初始相位。對于縫間任意兩個點光源，假若分別來自它們的次光波在觀察屏給定點的相對相位為，則這兩個次光波會干涉相長；假若相對相位為，則這兩個次光波會干涉相消，在衍射工程圖中，它們分別表現為明暗條紋。當狹縫寬度大于光波波長時，才能夠展示出衍射的干涉圖樣。假定狹縫寬度大于光波波長，狹縫與觀察屏的間距遠大于狹縫的寬度，將狹縫均分為段，則級衍射極小值位置的衍射角滿足方程，其中，為狹縫寬度，為光的波長，是非零整數，表示第級暗紋（極小值）。明條紋的亮度隨的增大而下降，明暗條紋的區別越來越不明顯，所以一般只能看到中央明紋附近的若干條的明、暗條紋。單縫衍射中央明紋的寬度為其他明紋寬度的2倍，而其他明（暗）紋均有同樣的寬度，這和楊氏雙縫干涉中條紋呈等寬等亮的分布明顯不同，單縫衍射工程圖的中央明紋既寬又亮，兩側的明紋則窄而較暗。
此外，輻照度分布可以由夫瑯禾費衍射方程給出：，其中，是給定角度位置處的輻照度，是初始輻照度，，在原點處。
菲涅耳半波帶法
用奧古斯丁·菲涅耳的半波帶法分析單縫衍射：
單縫處波陣面上所有次波傳到屏上的點上相干疊加，為了考慮波在點的振動合成，我們想象衍射角為某些特定值時波陣面分成許多等寬度的縱長條帶，并使相鄰兩帶上的對應點到點的光程差為半個波長，這樣的條帶我們稱為半波帶,利用這樣的斑駁帶來分析衍射圖的方法我們稱之為半波帶法。
如果單縫處波陣面被分割成偶數個半波帶，和振幅為零，點應是暗條紋中心，公式為
（ 為自然數）
如果單縫處波陣面被分成奇數個半波帶，則還剩一個半波帶的電磁波到達點，這時點應為明條紋中心，公式為
（ 為自然數）
而隨著角越大，半波帶面積越小，明條紋光強越小，當時，各衍射光的光程差為零，故中央處光強最大。對于任意其他衍射角，一般不能恰巧分成整數個半波帶，此時，衍射光束形成介于最明和最暗之間的中間區域。
雙縫衍射
當我們討論雙縫干涉時，常常假設縫的寬度遠小于入射光的波長。這樣，在觀察屏上就可以看到輻照度近似相等的干涉條紋。事實上，在真實的實驗并不總能滿足上述假設。呈現在觀察屏上的亮條紋是中央最亮，兩側亮度逐漸衰減。因此，實際產生的工程圖是干涉、衍射效應的總和。簡單地說，實際雙縫實驗的條紋，具有理想雙縫干涉中條紋的位置，但是輻照度在觀察屏上的分布類似單縫衍射中央強、兩側弱的情況。
考慮到衍射效應，實際的雙縫干涉圖樣的輻照度可以用以下公式計算
式中，為干涉因子，源于縫間距為的雙縫干涉效應；而為衍射因子，源于縫寬為的單縫衍射效應。
上述公式表明，實際的雙縫干涉是干涉和衍射的共同效應。如果考慮問題時把縫寬忽略，把單射波考慮成來自少數幾個具有相同相位的波源，那么就稱看到的現象為“干涉”；如果把入射波考慮成來自同相位的波陣面（縫寬方向的大量點波源），那么就稱看到的現象為“衍射”。這樣的說法只是為了分析問題方便，事實上二者常常是同時發生的。
衍射光柵
衍射光柵是狹縫按照一定規律分布的光學裝置，它能夠調整入射光的相位、振幅等屬性，使透過它的光發生衍射、干涉，以達到所需的實驗目的。光穿過衍射光柵后形成的工程圖形狀與光柵的結構和數量有關。所有衍射光柵的級極大衍射角滿足方程：
式中，為光波入射角，如果是垂直入射到平面光柵，則；為光柵刻線的間距，也稱為光柵常數；為非零整數。
衍射光柵后面給定位置的光波，是衍射光柵諸狹縫衍射光的疊加。用于分離白光中不同頻率成分光的分光計，就利用了衍射光柵的原理。衍射光柵在精密儀器（如可調諧激光源等）也具有重要應用。
衍射光柵分為透射光柵和反射光柵。對于透射光柵，衍射光線與入射光線分別位于光柵兩側，玻璃板上平行薄槽可充當透射光柵；而對于反射光柵，衍射光線與單射光線位于光柵同一側，這種光柵的表面有周期性反射結構，很容易通過在金屬薄膜之類的材料內蝕刻平行凹槽而制得。未蝕刻反射表面充當同步次級光源，這些光源沿某些方向產生干涉，從而得到零級、一級、二級等衍射光束。
衍射光柵光強公式
衍射光柵的強度分布是衍射因子和干涉因子的乘積：，其中是衍射因子：，是干涉因子： 。
圓孔衍射
一束平面光波入射到圓孔上，一個直徑比圓孔的直徑大很多的透鏡緊貼圓孔放置，那么在透鏡的焦面上將可以看到夫瑯禾費衍射工程圖。由于這個系統具有旋轉對稱性，則衍射圖樣應是由一系列同心亮環和暗環組成的，這些（在透鏡后面的焦平面上的）衍射圖樣被稱為艾里圖樣。艾里圖樣的中心部分最亮，這表示能量主要集中在其零級衍射斑處。圖樣的中心亮斑常被稱為艾里斑（英語：Airy disk）。圓孔衍射圖樣的詳細數學分析可以通過夫瑯禾費衍射推導，其強度分布表示為：，式中，其中為圓孔半徑，為光波波長，為衍射角，為時的強度（表示中心極大值）。函數成為一階貝塞爾函數。
從幾何光學的觀點來說，光學儀器中的透鏡、光闌等都相當于一個透光的小圓孔，物體通過光學儀器成像時，每一物點都有一對應的像點。平行人射光通過圓孔后，光的衍射使得在凸透鏡的焦平面上得不到一個理想的幾何點，而是得到一個以艾里斑為中心的圓孔衍射工程圖。如果兩個物點相距很近，它們成像的兩個圓斑將互相重疊甚至無法分辨出兩個物點的像。可見，由于圓孔衍射，光學儀器的分辨能力受到限制。
物質波衍射
法國物理學家（英語：L. V. de Broglie）他提出假設：一切實物粒子（如電子、質子、中子等）都和光子一樣，具有（英語：wave-particleduality），衍射現象是波動特有的性質，通過得到粒子的衍射圖樣，證實了德布羅意假設。可以利用作為天然光柵來觀察電子的衍射現象。
1927 年,戴維孫（英語：C. J. Davisson）和（英語：L. H. Germer）通過電子束在晶體表面上散射的實驗，觀察到了和X射線衍射類似的現象。同年，（英語：G. P. Thomson）通過電子束透過薄金屬箔的實驗，觀察到了與勞厄斑類似的透射電子衍射工程圖，進一步證實了假設。
布拉格衍射
布拉格利用晶面的反射概念來表述晶體的衍射現象。布拉格衍射理論表述為：
當波長為的以掠射角人射到品體表面上時，各原子層中的每個原子吸收單射波，并立即向各方向發射衍射波，而這些波又是相干波，它們的疊加可以按兩種情況來研究，一是從同一原子層中的原子所發出的衍射波的相干疊加，對此布拉格認為只有在衍射線與該原子層間的夾角等于掠射角的方向上，衍射光強極大，可把原子看成鏡面，即只有在滿足鏡面反射條件的方向上，衍射光強極大；其次是不同的原子層中的原子所發出的衍射波的相干疊加。
設原子層之間的距離為，當一束平行相干的X射線掠射角入射時，相鄰兩層反射線的光程差為：，此為布拉格方程。布拉格衍射方程與干涉方程是等價的，只是將倒易控件中的問題轉化到了實際空間，給出了入射波長、掠射角和晶面間距之間的函數關系。
激光衍射
激光的英文單詞“laser”是“受激輻射光放大”（light amplification by stimulated emission of 放射線）的英文簡寫。光與物質相互作用可產生激光，激光的產生與物質的吸收和輻射過程有關。與普通光源不同，它具有亮度高，方向性、單色性和相干性好等特性。根據衍射原理，激光可以構成反映各種物理量的衍射傳感器，也可作為彈性物體的變形、地震或重力加速度變化的靈敏傳感器使用，這是一種高精度、小量程的精密測試技術，即激光衍射技術。其中包括：利用激光衍射研究液體表面波的性質，具有非接觸、無損等優點，還可實現光柵變頻；激光衍射法測量粒度分布，具有測量速度快、重復性好、使用在線非接觸測量等特點在醫藥、化工、冶金、電子、機械、輕工、建筑及環保等領域中被廣泛應用；激光衍射測量紅細胞可變形性，具有測量精度高、無接觸等特點，應用在醫學的早期診斷預防、臨床治療、藥理學療效分析及血液流變學的研究等方面。
衍射波的普遍性質
根據不同的實驗現象，可以總結波的衍射具有以下普遍性質：
若衍射孔徑在自身平面內平移，則衍射工程圖的強度分布不變；無論透光孔形狀如何，衍射圖樣總是呈中心對稱（即圖樣繞中心點旋轉 180度后又恢復原狀）；衍射孔徑的尺寸越大，該方向的衍射圖樣尺寸越小。
應用領域
工程測量
衍射廣泛應用于工程測量。其中包括測量小孔直徑、細狹縫寬度和細線直徑。
測量小孔直徑是利用圓孔約瑟夫·馮·夫瑯和費衍射原理：圓孔直徑的微小變化，可引起衍射直徑的很大變化。這種測量有著很高的精度和靈敏度。但僅當小孔直徑在0.5毫米以下時，才能應用此方法并獲得滿意結果。
在工程技術中，測量單狹縫的情況是少見的。但可以把需要測量位移的對象和一個標準直邊相聯，再用另一標準直邊與其形成單縫，單縫寬度的變化就反映了位移的大小。即把單縫作為一種傳感器，用它不僅可以測量位移，還可以測量振動，熱膨脹及變形等。
用衍射的方法測量電子工業中的金屬細線、光學纖維、游絲等，可達到無接觸和高精度的目的。因為這些細線直徑大都小于0.1毫米，用機械方法或一般光學儀器測量誤差太大，甚至無法測量。此方法比干涉法簡便，不過這種方法也有一定的局限性。它只能用于測量很細的線徑，一般不超過0.5毫米，測量對象的誤差范圍也不能太大；還需要相干性好、亮度高的光源，各類激光器的產生與發展，使這種測量方法的應用日趨廣泛。
全息照相
全息照相的原理早在 1948 年就由伽伯（英文：D.Gaber）提出，由于當時缺乏相干性強的光源，這門技術無法得到推廣和應用，直到 60 代初期激光世后才得到迅速發展。全息照相是一種能夠記錄光波全部信息的新技術，它完全不同于普通的照相成像原理，是采用一種無透鏡的二步成像法進行拍攝和再現的。
衍射是全息照相的理論基礎。經顯影、定影等處理得到的全息照片后，在感光以后的全息干版，記錄的是無數的干涉條紋，相當于一個“衍射光柵”，因此在觀察時應采用一定的再現手段。普遍是用相同于拍攝時的激光作照明光，照明光經全息照片（即“光柵”）發生衍射，得到一列沿照明方向傳播的零級衍射光波和兩列一級衍射波。
全息攝影技術發展到現階段，在干涉計量、信息存儲、光學信息處理、無損檢測、立體顯示、生物學、醫學、國防科研及軍事偵察等領域中已經獲得廣泛應用。除光學全息外，還發展了紅外全息、微波全息、超聲全息，全息商標防偽在商品市場也具有重要的應用價值。
X射線衍射應用
X 射線衍射的基本原理是X射線受原子核外電子的散射而發生的衍射現象。晶體中規則排列的原子會產生規則的衍射圖像，因此可以用來計算分子中各原子的距離和空間排列。采用這種掃描方法可得到多晶體的衍射圖譜。分析衍射圖譜可以得到物相的定性和定量分析、點陣常數的測定、應力測定、晶粒度測定和織構測定等信息。物質的X射線衍射圖譜相當于指紋，每種物質的衍射圖譜都不相同，混合物的X射線衍射圖譜是單獨物相衍射圖譜的簡單疊加，因此可以將混合物中的物質一一鑒別出來。物質定量分析方法主要包括直接對比法、內標法、外標法和無標樣分析法。
相關概念
干涉
有兩列來自不同波源的平面簡諧波在傳播時相遇，在相遇區域內的介質就會同時受到這兩列波的影響，有的地方合成波的振幅加大，振動加劇；有的地方合成波振幅削弱，振動被抑制，從而在空間形成一定的合振動的穩定分布。這一現象便是波動的干涉（英語：interference）。振幅相加的為相長干涉，振幅相減的為相消干涉。雖然無論何種簡諧波在空間相遇都會形成振動的疊加，但發生干涉的前提是兩列波必須有相同的周期，從而在相遇點各自激起的振動才有穩定的相差，才能形成空間穩定的振幅分布。波動的干涉在物理學的諸多領域都有廣泛的應用，既包括宏觀的光波干涉也包括微觀世界的物質波的干涉。
衍射與干涉，從根本上來說，沒有原則上的不同，都是相干波的疊加。美國物理學家、諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼（英語：Richard Feynman）指出：“沒有人能夠令人滿意地定義干涉和衍射的區別。這只是術語用途的問題，其實二者在物理上并沒有什么特別的、重要的區別。”他還提到，如果只有少數的波源（例如兩個），我們稱這現象為“干涉”，例如我們稱楊氏雙縫實驗中雙縫所產生的兩束光源產生了干涉現象。而當大量波源存在時，我們稱他為“衍射”。在實際情況中，衍射和干涉往往是同時出現的。有限數目的分立相干源來的波的相干疊加稱為“干涉”，相干源“連續”分布的無限多次波中心所發出的次波的相干疊加稱為“衍射”。
光的相干性
在普通光源內，有許多原子在發光，各個原子的發光完全是自發、獨立、隨機的，因而不同原子在同一時刻所發出的光在頻率、振動方向和上互不相同，同一個原子在不同時刻發出的光在頻率、振動方向和相位上也是不相同的。因此，對于普通光源而言，兩個獨立光源或同一光源不同部分發出的光是不相干的。
由波的干涉條件可知，兩列光波在相遇區域產生相干疊加，必須滿足條件：①頻率相同；②振動方向相同；③具有固定的相位差，滿足以上3個條件的光稱為相干光（英語：coherentlight），在兩束相干光相遇的區域，光強或明暗有一穩定的分布，這種現象稱為光的干涉。
具體來說，可以把同一光源同一點發出的光波一分為二，讓這兩束光波經過不同的路程后再相遇，由于這兩束光的相應部分實際上都來自于同一光源的同一次發光，即原來的每一個光波都被分成了頻率相同，振動方向相同、相位差恒定的兩個波列，這兩束光滿足相干條件，即為相干光，由此產生干涉現象。相應的光源叫相干光源（英語：coherent souree）。從同一普通光源獲得兩束相干光的方法通常有兩種：一種叫分波面法（英語：parting wave front method），如楊氏雙縫干涉、洛埃德鏡干涉。另一種叫分振幅法（英語：division amplitude method），如薄膜干涉等。
光的相干特性分為空間相干性和時間。
空間相干性又稱橫向相干性，由光源寬度、光波長、研究距離決定。描述的是在垂直于光束傳輸方向的平面內，不同空間點處光波能夠產生干涉的條件和干涉程度。由橫向相干長度、相干面積、相干孔徑角描述。光源越小，波長越大，相干孔徑角越大，橫向相干長度越大，空間相干性越好。空間相干性受限制于光源上不同點發光的無規律性和不相干性，對激光器而言基本沒有限制，因此激光器是空間相干性最好的光源。利用空間，可以測量遙遠星體相對觀測點的角直徑。完全空間相干時，光源是幾何點，整個橫向空間處處能產生干涉。
時間相干性描述的是光源上同一空間點在兩個不同時刻光波場之間的相干性，通常使用相干時間來衡量，即兩個不同時刻的光波場具有相干性的最大時間間隔度量。可見，光的時間相干性由光源線寬或單色性所決定，光源單色性越高，相干時間越長。這種相干程度在兩個光波傳播到空間同一點疊加時表現為形成干涉條紋的能力。利用激光的高單色性，可以顯著地提高各種光學干涉測量的精度和量限。時間也可用相干長度來衡量。相干長度為兩列波能發生干涉的最大光程差，光源的光譜寬度愈寬，相干長度愈小。光源的相干長度非常重要，它在實際應用干涉原理時決定光源對于干涉信號的影響與限制。超窄線寬激光器的線寬可以達到范圍而不是納米量級。譜線越窄，相干長度越長。目前超窄線寬激光器的線寬可做到1kHz。在光纖傳感領域，可測量距離達到上百千米。利用邁克耳孫干涉儀可測量光的相干長度，應用在檢測水下聲信號的干涉型光纖水聽器中。完全時間相干時，光源是單色的，最大光程差趨于無窮，整個縱向空間處處能產生干涉。
日常生活中的實例
人民即使不能看見窗外的發聲物體，但能聽得到從窗外傳來的喧鬧聲，在一堵高墻兩側的人，也能聽到對方說話，這些現象都表明聲波能繞過障礙物傳播，這種現象是聲波的衍射。水波遇到障礙物，也會發生衍射現象。
光的衍射現象在日常生活中并不罕見，很多都能用肉眼看到。例如，在夜里隔著窗紗眺望遠處燈光，其周圍散布的輻射狀光芒，是燈光通過紗窗小孔的衍射形成的；太陽光或月光景大氣層中霧滴的衍射，可以觀察到其邊緣所呈現出的彩色光圈，即日暈或月暈。
參考資料 >