同一裝置不同干涉圖樣的問(wèn)題分析

張 新李嘉琳

（1.白城師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 吉林·白城 137000；2.東北師范大學(xué)物理學(xué)院 吉林·長(zhǎng)春 130024）

1 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)理論分析

首先光的干涉是指光的波列相遇時(shí)產(chǎn)生明暗圖樣的現(xiàn)象，若干個(gè)波列相遇時(shí)它們的總光強(qiáng)并不等于簡(jiǎn)單的各光強(qiáng)之和，而是出現(xiàn)了相長(zhǎng)和相消的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生干涉圖樣。這個(gè)現(xiàn)象，將光的微粒史推向了光的波動(dòng)史，為以后更加權(quán)威的學(xué)說(shuō)打下了基礎(chǔ)。1801年，英國(guó)的物理學(xué)家托馬斯·楊首先提出了干涉原理,而后他進(jìn)行了楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

托馬斯·楊解釋了光波疊加原理：假如頻率相等的兩列光波，在察看時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不中止，并且振動(dòng)方向不垂直，那么他們同一方向疊加后有的地方增強(qiáng)，有的地方削弱，這種強(qiáng)度按空間周期性變換的現(xiàn)象稱(chēng)為干涉[1]。干涉并非全是穩(wěn)定的，所有想要得到穩(wěn)定干涉圖樣是有條件的，首先要有兩列光波相遇，這兩列光波需要同一批原子發(fā)出且要有光程差。各原子的發(fā)光雖然在迅速變動(dòng)，但任何相位改變總是同時(shí)在這兩列波上改變，所以相位差仍是不變，所以通過(guò)這樣的特殊裝置的兩束光是相干的。

圖1：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理圖

可知，條紋寬度除裝置因素外與光源的單色性有關(guān)。

（3）條紋可見(jiàn)度除裝置因素外與光源的振幅比、光源的線(xiàn)度、光源的非單色性有關(guān)。

2 部分相干光在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中的干涉

將光源類(lèi)型替換成部分相干光，通過(guò)理論分析可知在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)最主要的干涉因子：（1）光的衍射；（2）部分相干光的雙光束干涉。因此可將楊氏雙縫干涉看作是雙縫衍射現(xiàn)象進(jìn)行分析，因有干涉因子的影響，在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中部分相干光的干涉要看作雙孔衍射，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：第一，部分相干光的干涉條紋間隔與其空間相干度無(wú)關(guān)；第二，部分相干光的條紋襯比度與其空間相干度有關(guān)，隨之減小。

偏振光并不是標(biāo)量波而是具有矢量性的電磁波，所以其矢量性在干涉過(guò)程必然扮演著重要的角色，此類(lèi)文獻(xiàn)中常把考慮了電磁場(chǎng)的矢量性的干涉稱(chēng)為電磁干涉[2]。偏振光的條紋可見(jiàn)度與偏振光的矢量性有關(guān)，即與偏振光的偏振方向有光，顯然是兩偏振光的夾角，可見(jiàn)條紋可見(jiàn)度確實(shí)與偏振光方向有關(guān)。偏振光的條紋間距只與波長(zhǎng)有關(guān)（除裝置因素），與偏振光的矢量性無(wú)關(guān)。

圖2：可見(jiàn)度與關(guān)系曲線(xiàn)圖

可見(jiàn)，楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度與光源形狀有關(guān)，圓環(huán)、矩孔、圓盤(pán)的可見(jiàn)度V與的關(guān)系曲線(xiàn)非常相似，但不同形狀的光源對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響不同。

3 結(jié)論

通過(guò)查閱諸多文獻(xiàn)及操作實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比，總結(jié)出了除楊氏雙縫干涉裝置因素以外楊氏雙縫干涉裝置產(chǎn)生不同干涉圖樣的原因。第一，條紋寬度的影響因素是光源的單色性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析單色性越好條紋越細(xì)銳；第二，條紋間距的影響因素是光源的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)條紋間距越大；第三，條紋的可見(jiàn)度與兩束相干光的振幅比、光源的線(xiàn)度、光源的非單色性、空間相干度、光源的矢量性（偏振光的方向性）、光源的形狀有關(guān)。