第一節 肥皂泡引起的遐想(2 / 2)

雙縫的距離為相幹光源,雙縫板與象屏之間的距離,實際上是遠大於的。發射的光束在象屏上任一點相遇,它們到達的路程,根據光的波動說,對幹涉條紋可以作出如下解釋:光是波,如果路程差等於光波波長的整數倍,則兩列波到達點時,相位相同,在這裏就相互增強而產生明條紋,如果路程差等於光波半波長的奇數倍,則兩列波到達時,恰好相位相反,相互消弱或抵消,在這裏就出現暗條紋,出現下一級暗條紋……如此形成明暗相間的幹涉條紋。

兩條相鄰的明條紋或暗條紋之間的距離與波長之間的關係如果用不同的單色光做上述實驗,則由於波長不同,而條紋之間的距離也將不同。紅光波長比紫光長,因此紅光的幹涉條紋中暗條紋之間的距離要比紫光在同樣條件下產生的幹涉條紋中暗條紋之間的距離大一些。

1814年,法國科學家菲涅耳,在一點也不知道楊氏實驗的情況下,采取另一種方法做了幹涉實驗。在這個實驗中,利用反射作用,使一個光源發出的光波在兩個平麵鏡上反射,分裂成為兩列傳播方向略微不同的柱麵波,這兩列波相迭加而發生幹涉。兩塊平麵鏡交縫對齊並傾斜一個很小的夾角。前麵放置一個細長的單色強光源,它同平麵鏡的交縫相互平行,而在兩個平麵鏡中形成的虛象。這樣,經兩個平麵鏡分別反射出來的光波到達空間任意一點所通過的路程,與假定此光波直接發出而到達同一點所通過的路程相等,因此可以看作同一光源分裂出來的兩裂波的光源。發出的兩列相幹光波在空間重迭,在這個區域中放置一個適當的象屏,在象屏上就會呈現出幹涉條紋來。其中,屏是為了避免光線直接射到象屏上去而設置的。由此可見,和楊氏實驗相似,之間的距離相當於楊氏實驗中雙縫之間的間隔,而這裏到象屏的距離相當於楊氏實驗中雙縫到屏幕的距離。菲涅耳實驗中幹涉條紋的規律和楊氏雙縫實驗中的完全相同。

明白了光波幹涉和幹涉條紋的形成道理,就更容易理解肥皂泡之類透明薄膜上彩色條紋是怎樣形成的了。

從單色點光源發出的光線,以入射角投射到薄膜上,一條光線在薄膜上折射後進入薄膜內,最終折入空氣後成為;另一條光線投射到薄膜上反射。用一片透鏡將這兩條由射來的光線聚集在屏上的點。這兩條從同一光源發出的光線,走過的路程不同,即到達時有一定的相位差,在屏上處呈現出亮的或暗的點。如果不用透鏡和屏,直接用眼睛觀察,眼球相當於透鏡,視網膜相當於屏,也可以看到處有亮點或暗點。這就是薄膜幹涉。

在自然界裏和日常生活中,有不少可直接觀察到的幹涉條紋,而且大多數屬於薄膜幹涉現象。例如,在水溝水窪的水麵上,在河溪彙流或拐彎處的水麵上,在海灣港口的水麵上,常常漂浮著薄薄的油膜,在陽光的照射下形成彩色條紋花樣。雨後,在光滑的柏油馬路上,汽車駛過留下的油汙薄膜,也會形成類似的彩色條紋。還有,雲母片等透明物“起層”造成的裂縫,就能形成空氣隙的薄膜幹涉顏色。一些禽鳥羽毛和甲蟲殼也會產生類似的幹涉顏色。

光的幹涉現象,在科學研究和工業技術上是很有用的。如要準確測定光譜線的波長,以研究原子內部結構,準確測定各種液體的折射率,以便判斷液體中含有的雜質量;精確測定長度,檢驗金屬表麵光潔度等。人們還利用光的幹涉原理,製造出各種各樣的儀器,如邁克耳遜幹涉儀、泰曼幹涉儀和顯微幹涉儀等,在科研、生產和軍事各方麵都得到了廣泛的應用。

上一頁 書頁/目錄 下一章