同一装置不同干涉图样的问题分析

张 新李嘉琳

（1.白城师范学院物理与电子信息学院 吉林·白城 137000；2.东北师范大学物理学院 吉林·长春 130024）

1 杨氏双缝干涉实验理论分析

首先光的干涉是指光的波列相遇时产生明暗图样的现象，若干个波列相遇时它们的总光强并不等于简单的各光强之和，而是出现了相长和相消的现象，从而产生干涉图样。这个现象，将光的微粒史推向了光的波动史，为以后更加权威的学说打下了基础。1801年，英国的物理学家托马斯·杨首先提出了干涉原理,而后他进行了杨氏双缝干涉实验。

托马斯·杨解释了光波叠加原理：假如频率相等的两列光波，在察看时间内波动不中止，并且振动方向不垂直，那么他们同一方向叠加后有的地方增强，有的地方削弱，这种强度按空间周期性变换的现象称为干涉[1]。干涉并非全是稳定的，所有想要得到稳定干涉图样是有条件的，首先要有两列光波相遇，这两列光波需要同一批原子发出且要有光程差。各原子的发光虽然在迅速变动，但任何相位改变总是同时在这两列波上改变，所以相位差仍是不变，所以通过这样的特殊装置的两束光是相干的。

图1：杨氏双缝干涉实验原理图

可知，条纹宽度除装置因素外与光源的单色性有关。

（3）条纹可见度除装置因素外与光源的振幅比、光源的线度、光源的非单色性有关。

2 部分相干光在杨氏双缝实验中的干涉

将光源类型替换成部分相干光，通过理论分析可知在杨氏双缝干涉实验中有两个最主要的干涉因子：（1）光的衍射；（2）部分相干光的双光束干涉。因此可将杨氏双缝干涉看作是双缝衍射现象进行分析，因有干涉因子的影响，在杨氏干涉实验中部分相干光的干涉要看作双孔衍射，通过研究发现：第一，部分相干光的干涉条纹间隔与其空间相干度无关；第二，部分相干光的条纹衬比度与其空间相干度有关，随之减小。

偏振光并不是标量波而是具有矢量性的电磁波，所以其矢量性在干涉过程必然扮演着重要的角色，此类文献中常把考虑了电磁场的矢量性的干涉称为电磁干涉[2]。偏振光的条纹可见度与偏振光的矢量性有关，即与偏振光的偏振方向有光，显然是两偏振光的夹角，可见条纹可见度确实与偏振光方向有关。偏振光的条纹间距只与波长有关（除装置因素），与偏振光的矢量性无关。

图2：可见度与关系曲线图

可见，杨氏双缝干涉实验的可见度与光源形状有关，圆环、矩孔、圆盘的可见度V与的关系曲线非常相似，但不同形状的光源对条纹可见度的影响不同。

3 结论

通过查阅诸多文献及操作实验分析对比，总结出了除杨氏双缝干涉装置因素以外杨氏双缝干涉装置产生不同干涉图样的原因。第一，条纹宽度的影响因素是光源的单色性，通过实验分析单色性越好条纹越细锐；第二，条纹间距的影响因素是光源的波长，波长越长条纹间距越大；第三，条纹的可见度与两束相干光的振幅比、光源的线度、光源的非单色性、空间相干度、光源的矢量性（偏振光的方向性）、光源的形状有关。