基于LabVIEW的干涉虚拟实验研究

翟龙华

（池州学院　机械与电子工程学院，安徽　池州　247000）

基于LabVIEW的干涉虚拟实验研究

翟龙华

（池州学院机械与电子工程学院，安徽池州247000）

根据光的双缝干涉实验理论，本文利用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Lab-VIEW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x±a<

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

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

图2　虚拟干涉实验前面板

图3　不同条件下的光强分布

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.

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Lab-VIEW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］.北京：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.

O436.1

A

1673-260X（2016）08-0003-02

2016-05-08

池州学院研究中心自然科研项目（2014ZR002）基于labview的自混合干涉理论研究2014.6-2016.12在研