1．楊氏雙縫干涉

依據(jù)機械波的干涉原理分析知道，只有兩個波源是相干波源，即它們的振動方向相同．振動頻率相等，而且振動的步調(diào)關(guān)系——位相差保持恒定，它們發(fā)出的波在介質(zhì)中疊加時，才能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象．這就是波的干涉產(chǎn)生的條件．

為了觀察到光的干涉現(xiàn)象，關(guān)鍵是如何獲得兩個相干光源．最初人們用兩個單獨的光源不行，甚至用同一光源的兩個發(fā)光部分也不行，因為都無法使它們具有相同的光振動頻率和恒定的相差．1801年托馬斯·楊解決了這一關(guān)鍵問題．他的辦法是把同一點光源發(fā)出的一束光分成兩束，以保證它們具有相同的頻率和恒定的相差．圖22－5表示了這個實驗的原理．用單色光照射小孔S，使之成為一個單色點光源．它發(fā)出的球面光波的同一個波面經(jīng)過相等的距離同時到達相距很近的小孔S1和S2，這樣在雙孔屏后就會有以S1，S2為兩點光源發(fā)出的兩列光波互相疊加的區(qū)域．由于S1，S2總處在S所發(fā)光的同一波面上，這就保證了這兩小孔處的光振動不但頻率相同、振動方向相同，而且總是同相的，S1，S2就成了兩個相干光源．結(jié)果在后面的光屏M上觀察到了明暗相間的干涉條紋(最初是用日光照射，屏上得到的是彩色的干涉條紋)．后來用距離很近的雙縫代替小孔(雙縫相當于一系列對應(yīng)的雙孔的組合)，得到了更清晰的明暗條紋(相當于一系列同樣的干涉條紋縱向的重疊)．楊氏實驗中獲得相干光源的方法是把同一波面一分為二的方法，叫做分波面法．

分析光屏M上明暗相間干涉條紋的光強分布規(guī)律可知，在S1，S2同相的前提下，S1S2的垂直平分線即裝置的軸線上各點兩列相干光加強，軸線與屏M相交的O點處出現(xiàn)與雙縫平行的中央亮紋．在中央亮紋的兩側(cè)一定的范圍內(nèi)，經(jīng)推證和實驗，為間隔相等的明暗條紋分布．前

波長λ一定、且雙縫的縫距d一定，則Δx∝l，即條紋間距隨M屏與雙縫屏距離l的遠近變化而有疏密的變化；若所用光的波長λ一定，且兩

小(密)，隨d的減小而變大(疏)；若所用裝置固定，即d，l值確定，則Δx∝λ，即紅光的條紋間距較大，紫光的條紋間距較小．當用白光作光源時，將在中央白色亮紋的兩邊出現(xiàn)彩色條紋．用上述關(guān)系式還可測量光波的波長．

2．等厚薄膜干涉

另一種獲得相干光的方法是把同一光源發(fā)出的光波由透明薄膜的兩個表面反射或折射，將入射光波的強度(振幅)分成兩部分或幾部分，再使它們疊加發(fā)生干涉．顯然，同一光波按這種方法所分成的兩部分或幾部分，它們之間必然是相干的．

對于楔形薄膜來說(可以是光密于周圍介質(zhì)的，如肥皂液膜，也可以是光疏于周圍介質(zhì)的，如兩玻璃板間夾的空氣膜)，若用單色光束從同一方向入射，由楔形膜兩個表面反射(或折射)形成的相干光，膜厚度不同處，干涉的加強和減弱的情況不同；在膜厚度相等的連續(xù)位置上，由于滿足同樣的加強或減弱的干涉條件，因此將有同一條紋出現(xiàn)．而且隨著膜厚度的遞增或遞減，干涉的加強和減弱的情況將周期性地出現(xiàn)，因而在觀察楔形膜時看到一系列明暗相間的等厚干涉條紋．當楔形膜很薄、入射光的入射角不大時，可以大體認為干涉條紋出現(xiàn)在薄膜表面上．至于楔形膜厚度與干涉效果的具體關(guān)系，經(jīng)理論推證可知，當入射角接近于零、

3，…)．如果用白光作為入射光照射楔形膜，則由于其中各單色光的波長不同、干涉條紋出現(xiàn)的位置各異而出現(xiàn)彩色的等厚干涉圖樣．

上述分析主要是楔形薄膜反射光的等厚干涉，至于透射的相干光也會出現(xiàn)等厚干涉條紋，只是透射光的干涉條紋與反射光干涉條紋的明暗正好相反，即它們的干涉圖樣是互補的．從能量觀點分析，對于每一個膜上的位置，如果忽略介質(zhì)的吸收，則應(yīng)有

入射光能＝反射光能＋透射光能，

即可據(jù)此來理解增透膜的原理和功能．

最后還要說明一下觀察楔形薄膜等厚干涉條紋的方法．由于在通常條件下的薄膜干涉情況比較復(fù)雜，相干光疊加的位置有的可以認為在膜面上，有的還可能在膜前或膜后附近．但這些從膜面方向射來入眼的相干光，只要眼聚焦合適，最終將在視網(wǎng)膜上疊加發(fā)生干涉．因此在觀察時需注視膜面有反射(或折射)光射來的方向并大體上聚焦在膜面附近．這種觀察方式是和雙縫干涉圖樣的觀測有所不同的．這是由于在雙縫屏后相干光發(fā)生干涉的區(qū)域是相干光整個的疊加空間，只要用光屏在這一區(qū)域任何位置承接，均應(yīng)出現(xiàn)干涉條紋．顯然與薄膜干涉圖樣只出現(xiàn)在相干光特定的疊加位置有所不同．因此觀察方式也各不一樣．

3．關(guān)于單縫衍射

用一個寬不足半毫米的、平行度很好的狹縫(可調(diào)節(jié)游標卡尺的兩測腳間的距離獲得)豎直地緊靠眼睛，通過狹縫觀看在遠處豎直放置的線光源(如線狀燈絲)，即可看到彩色的衍射條紋，條紋與狹縫平行，但向兩側(cè)水平方向展開，中央則為白色較寬的亮區(qū)．如果光源較近，則可將其置于一個凸透鏡的焦點處(線度與光軸垂直)，經(jīng)透鏡形成平行光束，這就相當于將光源置于無窮遠處產(chǎn)生的效果，再使光束經(jīng)狹縫衍射入眼．衍射光經(jīng)眼的聚焦，最后形成的衍射圖樣是落在眼內(nèi)的視網(wǎng)膜上．也可用另一焦距為f的凸透鏡代替眼，即可在垂直于主軸、位于透鏡焦點處的光屏上得到衍射圖樣．對于單色光來說，所得明暗相間的衍射條紋的特點是：

央亮紋上．要強調(diào)說明的是，不論是中央亮紋的寬度還是一定級次衍射圖樣的總寬度都隨狹縫的寬度a的變大而變窄，隨a的變小而變寬．如果縫寬a以及焦距f確定，若換用不同波長的單色光，則上述的條紋寬度將隨之不同，紅光的較寬，紫光的較窄．如果用白色光源，則各光色的衍射條紋在屏上交錯疊加，由于間隔△x不同，除中央亮紋的中心部分(極大值)合成為白光外，其他部位的各色條紋根據(jù)各自的強度分布合成為光色各異的彩色條紋．