光的干涉及其与应用
（作者：赵迪）
摘要我们通过对光的干涉本质、种类及其各种应用做了一定的查阅与思考，汇总成为该文章。中文中重点介绍的是，光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用，由于文章内容和字数的限制，我们不能对所有提到的应用做出详细的表述，仅取其中的几个例子进行具体的介绍。
关键词光的干涉等倾干涉等厚干涉照相技术天文学
1 绪论
我们知道在光学的发展史上，“光的本质”这个问题进行了将近4个世纪的争论，直到爱因斯坦提出“波粒二象性”才将这个问题的争论暂时告一段落，本文所提到的的光的干涉现象就是这段精彩历史上不可磨灭的一部分。
1801年的英国由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解，并强有力的支持了“波动说”。1811年，阿拉格首先研究了偏振光的干涉现象。现代生活中，光的干涉已经广泛的用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自控等许多领域。
虽然“波粒二象性”已经作为主流说法，终结了这个问题的争论，但是对于现代生活来说，光的干涉及其理论所带来的影响却是不可或缺的。我们将在本文中简单介绍一下光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用。
2 光的干涉现象与产生
2.1 现象简介
干涉，指满足一定条件的两列相干波相遇叠加，在叠加区域某些点的振动始终加强，某些点的震动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有着稳定的空间分布，而忽略时间的影响。
图2-1 复色光的干涉图样
由于光也具有波动性，因此，光也可以产生干涉现象，称为光的干涉。光的干涉通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间的条纹或圆环的分布；有时则表现为，当干涉装置的某一参量随空间改变时，某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替变化。
2.2 产生条件
2.2.1 主要条件
两列波的产生干涉的条件是：两列光波频率一致、相位差恒定、振动方向一致的相干光源才能产生光的干涉。
由于两个普通独立的光源发出的光不可能具有相同的频率，更不可能存在更不可能存在固定的相位差，因此，不可能产生干涉现象。
图2-2 单色光的干涉图样
2.2.2 补充条件
由于干涉图样的效果会受到称比度的影响，因此，两列相干波还须满足三个补充条件：①参与叠加的两束光光强不能相差太大；②参与叠加的两束光振动的夹角越小越好，虽然理论上小于2
即可产生叠加，但是对比度效果不好，即最好接近平行；③光程差不能相差太大。
2.3 具体方法
为了使合成波场的光强分布的在一段时间t∆内稳定，要求：①各成员波的频率γ（因而波长λ）相同；②两相干波的初相位之差t∆内保持不不变。
条件②意味着若干个通常独立发光的光源，即使它们发出相同频率的光，这些光相遇时也不会出现干涉现象。原因在于：通常光源发出的光的初相位是无规则的，振动的方向也是不确定的。分布的大量波列，每一波列持续时间不超过10秒的数量级，就是说，每隔10秒左右，波列的初相位就会做一次随机的改变。而且，任何两个独立的光源发出的波列的初相位又是无法统计的。
由此可以想象，当这些独立光源发出的波列相遇时，只在短暂的时间内产生一副确定的条纹图样，而每过10秒左右，就换成另一副图样迄今尚无任何检测或记录装置能够跟上如此急剧的变化，因而观测到的是上述大量图样的平均效果，即均匀光强而非明暗条纹。不过，近代特制的激光器已经做到发出的波列长达十公里，亦即波列为10秒的数量级。因此可以说，若用时间分辨本领t∆比10秒更短的检测器（这样的装置是可以做到的），则两个同频率的独立激光器发出的光波的干涉，也是能够观察到的。另外，以双波干涉为例还要求：③两列波的振幅不得相差悬殊；④在叠加点两波的偏振面大体一致。
以上四点即为通常所说的相干条件。满足这些条件的两个或多个光源或光波，称为相干光源或相干光波。
2.4 光的干涉分类
光的干涉根据产生条件的不同，可以分成三大类：分波阵面法（分波面法）、分振幅法（分光强法）、分振动法。
2.4.1 分波面法
分波面法的典型实验是1801年由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验。两个点光源的干涉实验中，两振源是装在同一支架上的振子，其装置如图：
图2-4-1 杨氏实验装置简图
杨氏双缝干涉实验的实验结果是：在观察屏上出现等宽、等间距的、明暗相间的条纹。实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解，并强有力的支持了“波动说”。另外，分波面法得到干涉现象典型的实验还有菲涅尔双面镜干涉、菲涅尔双棱镜干涉、劳埃镜干涉不细展开。
2.4.2 分振幅法
分阵幅法的典型例子有两种：等倾干涉和等厚干涉。
为防止重复，后面要介绍的应用中会具体展开相关内容。
3 光的干涉的应用
3.1 等倾干涉的实际应用
与等倾干涉有着莫大联系的重要仪器有：迈克尔逊干涉仪和发布罗-玻罗干涉仪，在这里我们会简单展开一下迈克尔逊干涉仪及其应用，介绍之前，我们先了解一下等倾干涉。
3.1.1 等倾干涉简介
简单地说，等倾干涉是薄膜干涉的一种，是指相干光线在经过一层薄膜时，倾角相同的光会在薄膜厚度为常数h的条件下，发生对应同一级条纹的干涉现象。
3.1.2 迈克尔逊干涉仪及其应用
图3-1-2-a 迈克尔逊干涉实物图
a.迈克尔逊简介
迈克尔逊是美国物理学家，主要从事光学和光谱学方面的研究。以其毕生精力从事光速的精密测量。由于他在光学精密测量仪器、光谱学及基本度量学中的卓越贡献，1907年获得了美国的第一个诺贝尔物理学奖。
b.测量折射率
在迈克尔逊干涉仪的两臂中分别引入mm
0.
100长的玻璃管A、B，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到2.
107条条纹移动，所用波长为nm
107，则其折射率可以这样求得：
1.
图3-1-2-b 测量折射率简图
设空气的折射率为n
δ
=n
l
nl
l
-
(
)1
=
2
2
2-
相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到2.
107条
