第三節 相輔相成建奇功(2 / 2)

第二年,托馬斯·楊為了進一步研究幹涉現象,又做了一個“雙縫實驗”。一個具有一定波長的光源L,照射一塊不透明的遮光板,板上有一條狹縫S。這個單縫S被單色光源照亮,作為線狀光源。由S發出一列圓柱麵波W。前邊,又有一塊不透明的遮光板,板上有兩條離得很近並相互平行的雙狹縫S1和S2.這兩條狹縫S1和S2到S的距離相等,並且在長度方向上與S長度平行。光波W由S1和S2發出兩列圓柱麵波W1和W2,從而由同一光源S得出了兩列波,成為相幹線光源。在更遠一些的地方,放置一塊白紙或毛玻璃的像屏。兩個帶狹縫的不透明板相互平行,並且與像屏平行。來自同一光源L的兩列波從S1和S2發出,投射到像屏上,就在像屏上形成一係列明暗相間的幹涉條紋,每一條紋都與狹縫平行,條紋間的距離彼此相等。如上所述,在兩列波的波峰與波峰相遇處(實線與實線相交處)或波穀與波穀相遇處(虛線與虛線相交處),波得到增強,光強度大,便形成明條紋;在兩列波的波峰與波穀相遇處(實線與虛線相交處),波受到削弱,光強度小,便形成暗條紋。

在楊氏雙縫實驗中,第一塊板上的單縫S被照亮而作為線狀光源,第二塊板上的雙縫形成兩列圓柱麵波,成為相幹光源,在遠處的屏上形成一係列明暗相間的條紋。如果將單縫S板拿去,讓光源發出的光直接穿過雙縫S1和S2,則屏上的幹涉條紋立即消失。但是,如果我們把光源L換成激光器,則屏上又會出現幹涉條紋。這就表明,激光器同時起到了光源和單縫的作用,是良好的單色光源。也就是說,激光器所有各點發出的光,如同從一個點發出的光一樣,具有相同的頻率、一樣的相位、一致的振動方向。因此,屏上會出現明暗相間的清晰條紋。由此可見,激光具有高度的相幹性。利用激光做幹涉實驗,那就簡單方便多了。

激光有這麼好的相幹性,同樣也是因為激光器有一個特殊的諧振腔——一個簡直是“魔盒”般的諧振腔。在諧振腔兩端有兩個反射鏡,兩個反射鏡之間有嚴格的距離,使某一波長的受激輻射光反射後總是以相同的相位迭加而加強,因而能發射出特征完全相同的光子。

激光的高相幹性,是激光的第三大特點。激光的出現,使人們第一次獲得了相幹光,使光源發光由無規則變為可控製,使光波的非相幹性與無線電波的相幹性的差別消失。因此,人們可以利用光波作為攜帶信號的“載波”——就像車船載人運貨那樣,激光光波運載著通信信號(圖像、聲音、文字等),並采用無線電技術中的調製、變頻和放大等方法,通過光導纖維傳輸,實現以光波為手段的通信——光通信,給現代通信事業帶來了巨大變化。高相幹性的激光的幹涉技術,在科研和工業方麵都是很有用的,如通過準確測定光譜譜線的波長來研究原子內部結構,精確測定長度等。人們還製造出各種幹涉儀,廣泛地應用在生產、科研和軍事方麵。

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