基于LabVIEW的干涉虚拟实验研究

翟龙华

（池州学院，安徽 池州 247000）

基于LabVIEW的干涉虚拟实验研究

翟龙华

（池州学院，安徽 池州 247000）

根据光的双缝干涉实验理论，利用LabVIEW编写程序对双缝干涉实验进行模拟，描述了双缝干涉的图样和光强分布曲线，并计算了条纹间距和对比度，直观地展示了双缝干涉这一物理现象，同时设置了初始条件修改模块，可以清晰地显示不同条件下的干涉现象，为双缝干涉的理论与实验提供了有力的支持。

LabVIEW；干涉；模拟实验

杨氏双缝干涉实验[1-2]是光学发展史上具有重要意义的实验之一，它通过精密的装置使光的干涉现象能成功地演示出来，验证了惠更斯等人的光的波动理论。但是由于杨氏双缝干涉实验需要特殊的实验设备和实验环境，而这些设备与场所往往造价昂贵，光路调节复杂。因此，实验往往耗时长久，并有可能得不到良好的实验结果。为此，利用LabVIEW软件[3-4]对杨氏双缝干涉仿真模型，可以在脱离实验环境和实验仪器设备的情况下，借助计算机进行杨氏双缝干涉的虚拟实验。本文研究了杨氏双缝干涉理论模型，设计了仿真的数学模型，展现了杨氏双缝干涉现象。

1 双缝干涉实验原理

图1 杨氏双缝干涉原理图

杨氏双缝干涉实验装置如图1：由一个光源、单缝屏、双缝屏以及显示屏组成，单缝屏的作用是保证到达双缝的光为同一波源发出的子波，S1、S2出射的光波为频率相同、初相位相同的相干光，这两列相干光会在显示屏上相遇，由于到达屏幕各点的光程不同引起相位差，叠加的结果是在有些点加强，有些点抵消，形成干涉现象。在P点相遇是干涉加强或是干涉减弱取决于两光波的光程差[5]：

其中，δ为光程差，D为双缝屏到显示屏的距离，2a为双缝之间的距离，在通常的实验条件下和观察范围内，有Da＜＜±x，利用z＜＜1时，

此时，相干叠加光波强度为

其中，I0、λ分别为入射光光强及波长。

2 基于LabView的双缝干涉虚拟实验系统

图2 虚拟干涉实验前面板

前面板包括实验装置演示区域、参数设整区域以及实验结果显示区域三个部分。其中实验装置演示区域，主要作用是让同学直观杨氏双缝实验装置的结构和原理；参数设置区域可自由设定光源的波长、强度，双缝间距、缝屏距等参数；结果显示区域可以直观对应此条件下的干涉波形及干涉条纹。图2中直接观察模拟条件入射波长λ= 633nm，入射光强I0=1mw，双缝宽度2a =150um，缝屏间距D =1m，通过观察干涉图案及对应光强分布，逐一改变上述参数，可以得到双缝干涉条纹强度的各种变化情况。

图3 不同条件下的光强分布

比较图3（a）与（b），当入射光功率发生改变时，条纹数目与条纹间距没有改变，但是明条纹的亮度发生改变，且光功率越大，明条纹亮度越亮。比较图3（a）与（c）、（d）、（e），当入射光波长、双缝宽度及缝屏间距发生改变时，条纹间距发生明显变化，且入射光波长越小，条纹间距越小，相同长度条纹数目越多; 缝屏间距越小，条纹间距越小，相同长度条纹数目越多，双缝宽度越小，条纹间距越大，相同长度条纹数目越少。

3 结论

结果表明，用LabVIEW开发的双缝干涉演示实验与理论分析和实际实验结果完全一致。用LabVIEW设计仿真实验课件是对大学物理教学手段一种尝试，不仅可以帮助学生激发学习兴趣、建立基本光学干涉概念、验证光学波动性的规律，更重要的是，课件界面的真实性和可操作性，有利于调动学生学习的主动性，创造性，有助于提高学生的创新能力和增加学习光学知识的信心。

[1]黄时中，倪致祥．大学物理 下册［M］．北京：高等教育出版社2014：252

[2]赵凯华，钟锡华. 光学( 下册) ［M］. 北京: 北京大学出版社，1984: 2-11.

[3]陈琳，朱湘柱 杨氏双缝干涉仿真模型设计[J] . 计算机仿真，2009， 26(9):269-272

[4]李江全，任玲等.LabVIEW虚拟仪器从入门到测控应用130例[M] 电子工业出版社2013：204-208

[5]姚启钧. 光学教程［M］. 北京: 高等教育出版社， 1989: 128-132.

Research on interference virtual experiment based on LabVIEW

ZHAI Long-hua

(Chizhou college， Chizhou Anhui 247000)

According to the theory of the double slit interference experiment， the dissertation simulates the double slit interference experiment by LabVIEW program. It describes the pattern and the light intensity distribution curve of the double slit interference， intuitively show the physical phenomenon of double slit interference. At the same time， the initial condition modification module is set up， which can clearly show the interference phenomenon under different conditions. It provides a strong support for the theory and experiment of the double slit interference.

LabVIEW; Interference; Simulation experiment

O348

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.020

1672–7304(2016)05–0041–02

池州学院研究中心自然科研项目“基于labview 的自混合干涉理论研究”（项目编号：2014ZR002）。

（责任编辑：吴湘银）

翟龙华（1988-），男，安徽芜湖人，研究方向：光学技术。