程方昊 賈冰 張婕

1.齊魯理工學(xué)院計(jì)算科學(xué)與信息工程學(xué)院山東濟(jì)南250200;2.齊魯理工學(xué)院土木工程學(xué)院山東濟(jì)南250200

摘要：當(dāng)兩列同向傳播的簡(jiǎn)諧波滿足速度相同，頻率相近的條件時(shí)，在相遇的地方，疊加形成拍。光具有波粒二相性，光拍是光波動(dòng)性的一種體現(xiàn)，本文創(chuàng)新性地利用邁克爾遜干涉儀驗(yàn)證了光拍原理。

關(guān)鍵詞：震動(dòng)疊加;邁克爾遜干涉儀;光拍

兩束振幅相等、頻率較大且相差較小的同向機(jī)械波可進(jìn)行合成產(chǎn)生拍現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為振動(dòng)的忽強(qiáng)忽弱。光作為一種高頻波，理論上也能產(chǎn)生這種現(xiàn)象。普通光源發(fā)出的光波，初相位的無規(guī)則且變化迅速，實(shí)驗(yàn)過程中，如何使普通光源產(chǎn)出的光波也滿足恒定相位差的條件，是產(chǎn)生光拍現(xiàn)象的關(guān)鍵。為使相位差恒定，將光波分解成兩列或幾列，通過各種方式，改變各分光束走過的路程，然后相遇。這樣，盡管原始光波間的初相位變化迅速，但分光束之間仍然有恒定的相位差，滿足干涉疊加的條件?；谝陨显?，選擇邁克爾遜干涉儀作為基本實(shí)驗(yàn)儀器驗(yàn)證光拍原理的可能性。

1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

鈉光中包含二條主譜線，中心波長分別為λ1=589.6nm，λ2=589.0nm，波長差很小。試驗(yàn)中，近似認(rèn)為兩條譜線無限窄，則鈉光中只有λ1、λ2兩個(gè)波長，滿足干涉條件。則干涉條紋強(qiáng)度將出現(xiàn)周期性變化的“拍”現(xiàn)象。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

在試驗(yàn)中，通過分光板將波列分別射向M1和M2，經(jīng)反射后波列在E處相遇。根據(jù)干涉疊加原理，當(dāng)兩列同向傳播的簡(jiǎn)諧波滿足速度相同，頻率相近的條件時(shí)，在相遇的地方可能重疊，這時(shí)能夠產(chǎn)生干涉。但是，如果兩光路的光程差太大，兩波列將不再重疊，這時(shí)就不能發(fā)生干涉。將兩個(gè)分光束產(chǎn)生干涉效應(yīng)的最大光程差，稱為該光源所發(fā)射的該單色光波的相干長度。

對(duì)鈉黃光，它是由589.0nm和589.6nm的雙線組成，波長差為0.6nm。在試驗(yàn)中，將會(huì)產(chǎn)生兩套干涉條紋，相互疊加。則在干涉場(chǎng)中的強(qiáng)度分布由兩組干涉條紋共同決定，兩者非相干疊加，干涉條紋的視見度會(huì)隨著光程差的改變作周期性變化。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)述：

（1）擺放好所有實(shí)驗(yàn)儀器后，先利用氦氖激光器調(diào)節(jié)干涉儀，使之能產(chǎn)生等傾干涉條紋。

（2）更換鈉光燈，通過調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微計(jì)鼓輪，減小M1和M2′之間的距離d，根據(jù)中心條紋“收縮”到“舒張”的瞬間，確定M1和M2′重合（d=0）時(shí)位置。

（3）隨后繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，并利用機(jī)器視覺系統(tǒng)上采集并觀察干涉條紋變化規(guī)律。

（4）記錄各次視見度最低時(shí)M2的位置讀數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

1.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

發(fā)現(xiàn)隨著動(dòng)鏡M2的移動(dòng)，干涉條紋發(fā)生周期性的變化，由最清晰逐漸變得模糊至看不到條紋，再出現(xiàn)模糊條紋至清晰。但隨著d的增加，各周期內(nèi)最清晰條紋的可見度逐漸降低，產(chǎn)生可見度為零的區(qū)間范圍逐漸增大。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

應(yīng)用左右趨近法測(cè)量以確定條紋視見度最差時(shí)的位置。測(cè)量干涉條紋視見度最差位置時(shí)，由于Δ.很小且人眼分辨力有限，所以觀察到在很大一個(gè)范圍內(nèi)條紋視見度都很差，也就是說，干涉條紋模糊區(qū)域很寬，確定能見度最差的位置存在很大的不準(zhǔn)確性。因此，考慮應(yīng)用左右趨近法測(cè)量數(shù)據(jù)，減小隨機(jī)誤差，最終得鈉黃雙線的波長差約為0.59921nm。

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)精確地測(cè)量出鈉黃雙線的波長差，驗(yàn)證了光拍原理的合理性，為應(yīng)用此原理檢測(cè)濾光片奠定了基礎(chǔ)。

2 結(jié)語

利用鈉光作為光源，它是由589.0nm和589.6nm的雙線組成，得到的等傾干涉圓條紋也是兩種干涉圖樣的疊加，隨著光程差的改變，干涉圖樣的清晰度發(fā)生了變化。利用邁克爾遜干涉儀可以得到連續(xù)變化的光程差，由此觀察到條紋的視見度產(chǎn)生周期性的變化，這就是“光拍”現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢惠國.再議濾光片光譜透過率的測(cè)量.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2007.

[2]褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1995.