物理光學(xué)輔導(dǎo)：楊氏干涉實(shí)驗(yàn)

　　光學(xué)中研究光的本性以及光在媒質(zhì)中傳播時各種性質(zhì)的學(xué)科。物理光學(xué)過去也稱“波動光學(xué)”，從光是一種波動出發(fā)，能說明光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象。而在赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光是電磁波的假說以后，物理光學(xué)也能在這個基礎(chǔ)上解釋光在傳播過程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用時的部分現(xiàn)象，如吸收，散射和色散等，而且獲得一定成功。但光的電磁理論不能解釋光和物質(zhì)相互作用的另一些現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及各種原子和分子發(fā)射的特征光譜的規(guī)律等；在這些現(xiàn)象中，光表現(xiàn)出它的粒子性。本世紀(jì)以來，這方面的研究形成了物理光學(xué)的另一部門“量子光學(xué)”。

　　【楊氏干涉實(shí)驗(yàn)】楊格于1801年設(shè)法穩(wěn)定兩光源之相位差，首次做出可見光之干涉實(shí)驗(yàn)，并由此求出可見光波之波長。其方法是，使太陽光通過一擋板上之小孔使成單一光源，再使此單一光源射到另一擋板上，此板上有兩相隔很近的小孔，且各與單光源等距離，則此兩同相位之兩光源在屏幕上形成干涉條紋。因?yàn)橥ㄟ^第二擋板上兩小孔之光因來自同一光源，故其波長相等，并且維持一定的相位關(guān)系（一般均維持同相），因而能在屏幕上形成固定不變的干涉條紋。若X為屏幕上某一明（或暗）條紋與中心點(diǎn)O的距離，D為雙孔所在面與屏幕之間的距離，2a為兩針孔S1，S2間之距離（通常小于1毫米），λ為S光源及副光源S1、S2所發(fā)出的光之波長。

　　兩光源發(fā)出的兩列光源必然在空間相迭加，在傳播中兩波各有各的波峰和波谷。當(dāng)兩列波的波峰和波峰或波谷和波谷相重疊之點(diǎn)必為亮點(diǎn)。這些亮點(diǎn)至S1與S2的光程差必為波長λ的整數(shù)倍。在兩列波的波峰與波谷相重疊之點(diǎn)必為暗點(diǎn)，這些暗點(diǎn)至S1與S2的光程差必為波長λ/2的整數(shù)倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干涉條紋如圖4-24所示，它是以P0點(diǎn)為對稱點(diǎn)而明暗相間的條紋。P0點(diǎn)處的中央條紋是明條紋。當(dāng)用不同的單色光源作實(shí)驗(yàn)時，各明暗條紋的間距并不相同。波長較短的單色光如紫光，條紋較密；波長較長的單色光如紅光，條紋較稀。另外，如果用白光作實(shí)驗(yàn)，在屏幕上只有中央條紋是白色的。在中央白色條紋的兩側(cè)，由于各單色光的明暗條紋的位置不同，形成由紫而紅的彩色條紋。干涉明暗條紋的條件由圖4-25所示。

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