一、杨氏双缝干涉实验

　　在普通单色光源(如钠光灯) 前面, 先放置一个开有小孔s的屏, 再放置一个开有两个相距很近的小孔s₁和s₂的屏。只要安排适当, 就可以在较远的接收屏上观测到一组明、暗相间的干涉条纹[如图17-5]。

图17-5

　　为了提高干涉条纹的亮度，s、s₁和s₂常用三条互相平行的狭缝来替代，而且可用目镜直接来观测干涉条纹。今天，利用激光的高度相干性和高亮度，用激光束直接照射双孔，就可以在屏幕上获得一组非常清晰可见的干涉条纹[如图17-6]。[动画——杨氏双缝]

图17-6　杨氏双缝干涉实验

动画　杨氏双缝

　　杨氏实验所依据的，是惠更斯在1678年提出的关于波面传播的原理，称为惠更斯原理（Huygens principle）。该原理指出波面（或波前）上每一面元都可看成是发出球面子波（wavelet）的波源，而这些子波面的包络面就是下一时刻的波面(或波前)。按照惠更斯原理，杨氏实验中的小孔 可看成是单色点光源，而s₁和s₂是从s的波面或波前上分离出来的两个小面元所构成的子波源，它们所发出的球面子波是满足相干条件（coherent condition）的, 在它们交叠的区域中将出现干涉现象。显然，杨氏双缝干涉实验是典型的分波阵面干涉(wavefront-splitting interference)。

　　下面定量分析屏幕上形成明、暗相间的干涉条纹(interference fringe)所应满足的条件，如[图17-7]所示，设s₁和s₂间的距离为d，双缝所在平面与屏幕平行, 两者之间的垂直距离为D,在屏幕上任取一点P, 它与 s₁和s₂的距离分别为r₁和r₂,若M为s₁和s₂的中点,OM垂直于屏幕面,点P与点O的距离为x,在通常情况下, 双缝到屏幕间的距离远大于双缝间的距离, 即D>>d。当R₁=R₂时，由s₁和s₂发出的光到达屏上点P的波程差δ为：

　　若δ既不满足（17.2.1）式, 也不满足（17.2.3）式, 则点P处既不是最明亮, 也不是最暗。

　　干涉条纹分布的特点可从（17.2.2）式中看出，条纹分布是中央对称排列。与狭缝平行，两侧对称，条纹间距彼此相等，与干涉级k无关，明暗相间的干涉条纹，如图17-8所示。两相邻明条纹或暗条纹的间距都是：

Δx=x_k+1-x_k =Dλ/d　　（17.2.5）

图　17-8

　　如果测定了条纹的间距Δx，已知d与D，可利用上式推算出光波的波长λ=dΔx/D。杨氏由此式算出了光波波长，这是人类历史上第一次由实验测得光的波长。当以白光入射时，由于Δx∝λ，则在中央明条纹（仍是白色）的两侧将出现彩色条纹 [如图17-9]。

　　注意：装置的尺寸、所用光的波长、光源的移动和宽度都会对条纹的形状有影响。观看动画，注意结果。[动画—杨氏双缝干涉波面；动画—杨氏干涉条纹影响因素；动画—光源宽度对杨氏条纹的影响]

动画　杨氏双缝干涉波面

动画　杨氏干涉条纹影响因素　　　　　　　　　　动画　光源宽度对杨氏条纹的影响