用图形化编程模拟杨氏实验

 历史上,杨氏实验首次证实了光的波动性,成为波动光学必不可少的重要学习内容之一。但由于杨氏实验的条件极为苛刻,当采用普通光源时,在通常的实验条件下,获得的干涉条纹极其微弱,难以分辨。这里介绍一种采用VisualBasic高级语言制作的杨氏双缝干涉实验的模拟演示软件,它能在计算机上同步清楚地显示实验装置、干涉条纹的位置及光强分布等。并具有人机交互功能,通过鼠标点击,可调节有关参数,实时显示干涉条纹位置及光强分布的变化规律。使用该软件辅助教学,非常直观、方便。     

非单色性光源对杨氏干涉条纹可见度的影响

光源的单色性影响其相干性. 任何实际的波列都有一定的谱线宽度, 谱线宽度表示了光源单色性的好 坏, 直接影响了干涉条纹的可见度. 对非单色性光源通过典型杨氏双缝干涉装置产生干涉条纹的理论进行分析和 仿真, 得出谱线宽度与干涉条纹的可见度的关系. 结论与实验相吻合. 其结果对于干涉法工程测量具有现实意义     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

光学相干性测试实验

光的干涉现象和理论是大学光学教学中的重要内容之一,一般是用杨氏双孔或双缝实验来演示光的干涉现象和规律.为了进一步说明光源所发出的光场的相干性,则需要改变双缝间距来观察光程差较小处干涉条纹清晰程度的变化,以说明光源的空间相干     

热光的高阶双缝干涉

干涉效应反映了光场的相干性,非相干光源中无序性会破坏干涉.然而对于高阶干涉来说这一看法并不成立.文章作者最近的理论和实验研究表明,横向传播方向无序的热光源可以实现高阶双缝干涉.尽管单个探测器的强度分布是均匀的,处于不同位置的两个探测器的联合强度关联却出现了干涉条纹.当两个探测器同步反向移动时,条纹间距减小为一阶干涉条纹的一半.实验结果同不久前报道的在自发参量下转换过程中产生的纠缠双光子对的双缝实验中所观察到的亚波长干涉效应十分类似.实验结果可以用多模热光场的二阶空间关联性质来解释.热光的高阶双缝干涉是著名的Hanbury-Brown和Twiss实验的空间干涉版本,因此也可称其为Hanbury-Brown和Twiss型双缝干涉。     

光波场的相干性（上）

本文给出了描述光场相干性的基本物理量．从迈克尔逊干涉实验出发，讨论了时间相干性．以矩形谱线的光源为例，计算了时间相干度．简要介绍了傅里叶变换光谱学原理．同时从杨氏干涉实验出发，讨论了空间相干性、准单色光的干涉以及相干性的传播规律及其在迈克尔逊测量干涉仪上的应用．     

杨氏双缝干涉条纹的空间分布及理论模拟

杨氏双缝干涉实验中,观察屏上条纹的分布是授课的重点内容.现有的大学物理教材,大都通过分析经过近似的光程差表达式,得出观察屏上干涉条纹是等间距的直条纹的结论,但该结论并不能真实反映条纹的空间分布情况.本文结合立体几何知识,在未经任何近似情况下,推导出了干涉明、暗纹的空间分布所满足的双叶旋转双曲面方程,并在该方程基础上对传播空间和观察屏上明纹分布进行了理论模拟,模拟结果形象直观,有助于学生对干涉条纹特点的整体理解和掌握.     

杨氏实验远场的光谱位移和光谱开关

从部分相干光的传输定律出发，研究了杨氏双缝实验远场的光谱变化。指出杨氏实验中光谱开关在远场也会出现.缝的衍射和光的空间相干性是产生光谱开关的物理原因，增大缝参量ε和源的空间相关度△光谱开关效应越显著。作了详细的数值计算以说明远场光谱位移和光谱开关的特性，并与已有的工作进行了比较。     

基于光束的相干特性拓展双缝实验教学实验内容

对部分相干光束的双缝实验干涉条纹进行了研究。利用转动的毛玻璃以及两个透镜构成了一个简单的产生部分相干光束的光学系统,通过调整毛玻璃与两个透镜的共焦点之间的距离,可以定量地控制光束的相干性。对不同相干性的光束经过双缝干涉之后的光强进行了实验观测,发现光束的相干性会对双缝干涉条纹的衬比度产生影响,光束的相干性越低,条纹衬比度也越小。并对实验结果进行了理论模拟,理论数值模拟的结果与实验观测结果基本一致。     

光源空间相干性的测量

时间相干性及空间相干性都是从发光本质来考虑产生干涉的条件对光源的要求.它们是光干涉现象中的重要概念.本文以典型的杨氏干涉实验讨论空间相干性的测量,以加深对空间相干性的理解.     

通过迈克尔逊干涉仪特殊现象理解光的干涉

观察迈克尔逊干涉仪实验调节过程中出现的特殊现象;分析了白光干涉中央条纹的特征、由定域干涉到非定域干涉光源的空间相干性、迈克尔逊干涉仪中没有补偿板的干涉条纹形状,以及迈克尔逊干涉仪的分光板被前后倒置及补偿板不平行干涉条纹的变化。     

光场空间相干性的测量方法及比较

本文归纳了基于分波前干涉原理的具有代表性的干涉测量方法——杨氏双孔干涉法、逆波前杨氏干涉法和非冗余孔径阵列干涉测量法,以及基于分振幅干涉原理的干涉测量方法——自参考干涉测量法;介绍了各种测量方法的工作原理、实验配置;比较了4种测量方法的优缺点,并给出每种方法的最佳应用领域。本文结论可为根据对空间相干性测量的不同要求,选择合适的测量方法提供初步参考。     

关于双光束干涉条纹形状的讨论

用分波阵面法获得干涉条纹,以杨氏双缝干涉实验为代表双光束干涉条纹,一般在干涉屏上得到的为平行等间隔直线条纹.关于两相干点光源形成光束间的干涉条纹,其分布规律如何,本文将对此进行讨论.     

双棱镜干涉研究光源的相干性

空间相干性问题来源于扩展光源不同部分发光的独立性,表现在波场横向相干范围;时间相干性来源于光源发光过程在时间上的断续性,表现在波场的纵向相干范围. 本文从干涉条纹的可见度出发,对双棱镜干涉实验中的相干性问题进行分析讨论,推导出相干长度和临界宽度公式,给出双棱镜干涉实验测量光波临界宽度和相干长度,以及估测滤光片单色性的实验方法.     

关于杨氏干涉条纹的讨论

阐述了杨氏干涉实验中，理论上应该看到明暗相间双曲线条纹，而实际上，在实验室中看到的是明暗相间直线条纹。     

一个为验证光场空间相干性而设计的双缝干涉新实验

通过我们设计的实验装置，能将通常双缝干涉实验中的ｄ值从１ｍｍ加宽到５ｍｍ，论证了ｂβ〈λ判据，验证了光场的空间相干性，并通过实验论证了“看不到”不等干涉条纹不存在。本实验通过衍射光栅的知识和实验现象，可以间接“看到”干涉条纹的存在。它能帮助学生理解光场的空间相干性，对教学有很好的启发作用。     

杨氏双缝干涉实验中的光程差

研究杨氏干涉实验光程差的精确计算和近似计算。分析杨氏干涉实验光程差近似计算中存在的问题和影响近似计算误差大小的因素,给出近似计算方案。将杨氏干涉实验光程差的精确计算和近似计算进行比较,讨论近似计算的条件。     

空间相干性的演示

当光源的空间相干度下降时，非定域干涉条纹随之变化为定域条纹．本文用Ｈｅ－Ｎｅ激光器、透镜和毛玻璃屏组成一个时间相干性极好而空间相干性连续可调的光源，在迈克尔逊干涉仪上形成干涉条纹，对该干涉条纹进行观察，以便了解光源的空间相干性．     

杨氏双缝干涉图样的理论模拟

本文在未经任何理论近似的情况下, 模拟了杨氏双缝干涉实验中观察屏上的干涉图样, 模拟结果不但 有利于学生全面掌握干涉条纹的分布规律, 而且有助于学生体会实验条件的重要性     

迈克尔逊干涉仪上演示杨氏干涉

杨氏于1801年用单强光照射开有小孔S的光阑,在小孔S后面再放置一个开有两个小孔S1和S2的光阑,就完成了具有重大历史意义的杨氏干涉实验．后来,小孔S和S1及S2逐渐在杨氏实验装置中,如图1,S1和S2是两个相干点光源,必须足够小．否则,