杨氏双缝干涉实验

实验装置

1801年，英国物理学家托马斯杨首先用实验的方法观察到了光的干涉现象，这就是杨氏双缝干涉实验。该实验为光的波动学说的建立奠定了实验基础，并在历史上首次完成了光波波长的测量。

杨氏双缝干涉实验装置如图所示，

单色平行光投射到一狭缝s上,s后放置有两条与s平行，且等距的平行狭缝s1和s2。

根据惠更斯原理，s1、s2成为两个新的子波源，由于s1和s2在s发出的同一波阵面上因而具有完全相同的振动特征，构成两个相干光源。

由s1和s2发出的光波在空间相遇而产生干涉现象，在屏上形成稳定的明暗相间的干涉条纹。由于两相干光来自同一波阵面，这种获得相干光的方法称为分波阵面法。

公式推导

下面分析屏上出现明暗条纹，应满足的条件。如图所示，

设s1、s2间的距离为d，其中点为m，从m到屏E的距离为D,且D>>d。P为屏上任意一点，P与s1和s2间的距离分别为r1和r2,P到屏的中心点o(m点在屏上的投影)的距离为x。由于θ很小，由s1s2所发出的光波到达P点的光程差δ=r2-r1近似为s1的垂足到到s2的距离，即:

δ=r2-r1≈dsinθ≈dtanθ≈dx/D

推论

若入射光的波长为λ，根据波动理论，当:

δ=dx/D=±2k·λ/2

时，两光波在P点相互加强,P点处为明条纹中心。式中k为干涉级数，当k=0时，x=0，即在中心o处出现明条纹，称为中央明文或零级明纹；与k=1，2，...对应的明条纹分别称为第一级，第二级，……明纹。式中，正、负号表示条纹在中央明纹两侧对称分布。当:

δ=dx/D=±(2k-1)λ/2

时，两光波在P点相互削弱，P点处为名暗条纹中心。与k=1,2,...对应的暗条纹分称为第一级，第二级，……暗纹。

由上式相减可计算出两相邻明条纹或暗条纹中心间的距离，即条纹间距为:

△x=Dλ/d

此结果表明△x与k无关，因此，双缝干涉条纹是等间距分布的。

用不同波长的单色光源做实验时，条纹的间距不相同，波长短的单色光条纹间距小波长长的单色光条纹间距大，如果用白光做实验，只有中央铭文是白色的，其他各级都是由紫到红的彩色条纹。