二、光的干涉

光的干涉 干涉现象是波的主要特征之一。光如果是一种波，就必然会观察到光波的干涉现象。1801 年，英国物理学家托马斯·杨(1773～1829) 在实验室里成功地观察到了光的干涉现象。

让一束单色光(例如红光)投射到一个有孔的屏上(图 8－1)，这个小孔就成了一个“点光源”。光从小孔射出后，射到第二个屏的两个小孔上， 这两个小孔离得很近(例如 0.1 毫米)，而且与前一个小孔的距离相等。如果光是一种波，那么，任何时刻从前一个小孔发出的光的球面波都会同时传到后两个小孔，这两个小孔就成了两个振动情况总是相同的波源，它们发出的球面波在屏上叠加，会出现干涉现象(图 8－2)：在波峰跟波峰叠加、波谷跟波谷叠加的地方，光波互相加强；在波峰跟波谷叠加的地方， 光波互相抵消或削弱。实验果然得到了预期的结果，在光屏上发生了亮暗相间的干涉条纹。这就证明了光的确是一种波。

后来杨氏又发现，用狭缝来代替小孔，可以得到同样清晰但是明亮得多的干涉图样。这就是著名的双缝干涉实验(参看封 2 图 3)。

在双缝干涉现象中，屏上出现亮暗条纹的位置跟两缝间的距离、缝到屏的距离以及光波的波长有关。在图 8－3 甲中，两个狭缝 S1、S2 到屏上 P 点的距离相等，从两个狭缝到达 P 点的波经过的路程也相等。因此在 P 点总是波峰跟波峰叠加、波谷跟波谷叠加，出现亮条纹。

如果在 P 的上方取一点 P1(图 8－3 乙)，两个狭缝跟 P1 点的距离就不相等：S2P1＞S1P1。两个狭缝到 P1 点的路程差 d1＝S2P1－S1P1＝S2D1。从图中可以看出，P1 点离 P 点越远，d1 就越大。如果 d1 等于一个波长，即 d1

＝λ，两个狭缝发出的波在 P1 点也是波峰跟波峰叠加、波谷跟波谷叠加， 出现亮条纹。同理，在 P1 点的上方可以找到 P2、P3⋯⋯各点，使两个狭缝到这些点的路程差 d2、d3⋯⋯等于波长的整数倍，即分别等于 2λ、3λ⋯⋯ (图 8－3 丙)，在 P2、P3⋯⋯各点也会出现亮条纹。在两个亮条纹之间还可以找到 Q1、Q2⋯⋯各点(图 8－4)，使两个狭缝到这些点的路程差等于半波长的奇数倍，即分别等于λ／2，3λ／2⋯⋯在这些点则是波峰跟波谷叠加，出现暗条纹。

波长和频率 由封 2 图 3 可以看出，在双缝干涉现象里，明条纹或暗条纹之间的距离是相等的。在狭缝间的距离、狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，条纹间的距离是不同的。红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小。定量的研究告诉我们，条纹的间距跟光波的波长成正比，波长越长，条纹的间距越大。不同色光的条纹间距不同，表明不同色光的波长不同：红光的波长最长，紫光的波长最短。

如果换用白光来做双缝干涉实验，在屏上就会出现不同颜色的彩色条纹。这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，产生的明暗条纹的间距也不同，所以在屏上出现了彩色条纹(封 2 图 3)。

我们知道，波长与频率的乘积等于波速，这个关系对于一切波都是适用的。不同色光在真空中的传播速度相同，所以波长不同的色光，它们的频率也不同，波长越长频率越小，波长越短频率越大。各色光在真空中的

波长和频率的范围见下表：

各色光在真空中的波长和频率

波长也可以用纳米（ nm ）作单位， 1 纳米＝ 10-9 米。在过去出版的书里，常用埃（ A ）作波长的单位， 1 埃＝ 10-10 米。