光的幹涉

2021-01-19 長春中國光學科學技術館

從初中開始，我們就接觸光。那麼光的本質到底是怎樣的？我們來梳理一下光學的發展歷史。


17世紀已經形成了兩個對立的學說，一種是微粒說，以牛頓為代表，認為光是一種微粒，認為光是小球樣的一個個微粒。另外一種以惠更斯為代表，認為光是一種波，稱為波動說。但是無論是微粒說還是波動說，都沒有實驗依據。靠著牛頓的威望，這一段時間微粒說佔上風。


直到19世紀通過光的幹涉，光的衍射實驗證實了光的波動性，這樣波動說就又佔到了上風。


19世紀的末期，光電效應被科學家發現。愛因斯坦據此提出了光子說，解釋了光電效應的實驗，又證實了光具有粒子性。綜上光是一種具有波粒二象性的物質。


水波的幹涉條紋是怎麼形成的？用兩個固定的鐵夾子，按照固定的頻率往復振動。這樣形成的頻率相同，相位差恆定形成兩列相干波。兩列波幹涉形成的這樣的一個穩定疊加區。


2.楊氏雙縫幹涉實驗


如果光也是波的話，也會有幹涉現象。最早發現光的幹涉現象的是1801年英國物理學家託馬斯.楊，他就通過這一套儀器觀察到了光的幹涉。



把這一套儀器簡化，可得到這樣的一個圖形。


最左邊是單色光的雷射束，然後通過一個開有雙縫的擋板。光通過這兩個縫隙就形成兩個新的波源。兩列光波發生幹涉，在屏上形成一個明暗相間的條紋。


託馬斯.楊的雙縫幹涉實驗，巧妙之處在於相干光源的獲得。日常生活中兩個光源發出的光，頻率不相等相位差不恆定，不是相干光。


相干光必須有相同的頻率和振動方向，還有恆定的相位差。一束通過細小單縫的光或者雷射，通過雙縫變成了兩個相干光源，這時候它就可以形成明暗相間的幹涉條紋。



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