第３３卷第３１期第３３卷第３１期Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．３１
企业技术开发
TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE
２０１４年１１月Ｎｏｖ．２０１４
光学干涉、衍射实验的拓展与研究文献综述
梅立坤，费波涛朱剑玫，
湖北武汉430065）（武汉工商学院实验教学中心，
摘
要：杨氏双缝干涉、单缝衍射是经典的光学实验，由于仪器结构参数都有固定值，所以实验现象和数据测定是学术界
公认的
。文章将改变传统的
仪器结构，制作出能精确测量狭缝宽度的实验装置，且该装置能满足所需的精度要求，通过调
节狭缝大小进行具体的实验数据测量分析，并讨论狭缝大小不同条件下的干涉条纹现象。关键词：杨氏双缝干涉；夫琅禾费衍射；光源宽度；单色性中图分类号：O436.1
文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2014）31-0023-03
DOI ：10.14165/j.cnki.hunansci.2014.31.008
Development and experimental study of literature review of optical interference and
diffraction
ＭＥＩＬｉ－ｋｕｎ，ＦＥＩＢｏ－ｔａｏＺＨＵＪｉａｎ－ｍｅｉ，
ＷｕｈａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ，４３００６５，Ｃｈｉｎａ）（ＴｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，
Abst ract:Ｙｏｕｎｇ＇ｓｄｏｕｂｌｅｓｌｉｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｓｉｎｇｌｅｓｌｉｔｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｉｓｏｐｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｌａｓｓｉｃａｌ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｆｉｘｅｄｖａｌｕｅｓ，ｓｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａａｎｄｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｂｙｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｌｉｔｗｉｄｔｈ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆａｃｃｕｒａｃｙｄｅｓｉｒｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｓｌｉｔ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｒｉｎｇｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｓｌｉｔｓｉｚｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Keywords ：Ｙｏｕｎｇ＇ｓｄｏｕｂｌｅｓｌｉｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ｗｉｄｔｈｏｆｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ；ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ
1
1.1
国内外目前在该领域的研究现状
光的干涉与衍射的区别与联系
在目前国内外大学教材中[1-5]，能够把单缝、双缝以
相间的条纹。只是衍射现象中条纹的宽度和亮度均不等，且中央条纹最宽最亮，而干涉现象中条纹宽度和亮
7]
。度都大致相同[6，
及光栅等实验联系起来并深层次进行比较的很少见。而国内教材都是将双缝干涉与单缝衍射实验分开来进行介绍，教师注重从光程差来讨论干涉的明暗分布情况，用半波带法来研究衍射图样的特点。
①当狭缝宽时，每个狭缝等同于一个线光源，都不能再继续分，不需要考虑同一光束之间的次波叠加，只需要考虑两个缝相互间波的相干叠加情况，这就是纯干涉实验效应，如图1所示。
②当缝宽不是很小，即与可以相比较时，从每个狭缝中发出的光波振幅明显不相等，它可以认为是无限个连续次波的相干叠加，即是我们常见单缝衍射，这就是纯衍射实验效应，如图2所示。
虽然衍射和干涉有所区别，但两者不是对立的两种效应，它们可被看成一个相同的现象，及都是波场相干叠加的原理。衍射和干涉的图样有相同之处，都是明暗
收稿日期：2014-09-17
朱剑玫（1981—），女，湖北监利人，大学本科，实验师，研究作者简介：
方向：大学基础物理，网络工程。
图1双缝干涉图样
图2单缝衍射图样
1.2杨氏双缝干涉的研究
由于杨氏双缝实验是经典的光学实验，因此，关于
它的分析讨论参考文献比较多，以下是对相关文献总结与归纳。
用一薄玻①光源的非单色性对干涉现象的影响［８］：璃片置于狭缝后，当用白光照射小孔Ｓ时，由于白光相干长度很小，玻璃片给两相干光附加的光程差已超过光源本身的相干长度，所以在接收屏上看不到干涉条纹。然而，用相干长度大的氦氖激光照射同一狭缝时，在接收屏上可看到可见度非常高的干涉条纹。这说明光源的时间相干性直接影响干涉条纹的可见度，关于单色光和非单色光的计算机模拟干涉图样也能反映出该结论［９－１４］。
２４
企业技术开发
关系[30-32]。
④用新型材料做杨氏双缝实验[33]。
２０１４年１１月
１５］
②光源宽度对干涉条纹的影响［８，：任何光源都是有
宽度的，可以把它分解为多个线光源的集合，每个线光源在接收屏上形成独自的干涉图样，这些干涉图样相互间都有位移，它们的非相干叠加会造成总干涉图样完全不清晰，甚至会使图样的可见度完全降为零。只有当光源宽度小于临界宽度时，才能观察到干涉条纹，但在实际实验过程中，光源宽度取值太小，光场能量也会非常小，这样也会影响观察实验干涉现象［１６－２１］。
③双缝缝宽和大小不同以及双缝宽度变化：当双缝缝宽不同时，屏幕上就会有一定光强的背景光，且随着缝宽差距逐渐变大，背景光强也会同时增大。这样就会使干涉条纹的对比度下降，不利于观测。在双缝宽度比较小时，干涉图样很明显，但当缝宽逐渐增加时，衍射条纹就慢慢变细，这样在观测范围内不能再不考虑衍射条纹的影响，此时观测到的就是等光强不相同的条纹了［２２］。
④双缝间距对干涉图样的影响［１６－２１］。⑤光源离双缝距离对干涉图样的影响［１６－２１］。1.3
单缝、双缝衍射的研究
①单缝夫琅禾费衍射及计算机模拟图样所示。
［２２－２６］
2结语
衍射的因素很多，各类文献也都有详细的影响干涉、
讨论，但都是进行理论分析，然后，根据理论数据进行了计算机仿真，得出较好的图样。但这是否和实际情况相符，这将是本文研究的重点。本项目完成后，可用实际的实验数据来对比理论推导是否合理，从而正确认识干涉、衍射的原理，影响实验现象的各种因素。
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[7]依斯坎德尔·吾斯曼. 关于光的干涉与衍射现象的研究[J].
如图３，
图3
单缝夫琅禾费衍射图样
②圆孔夫琅禾费衍射及计算机模拟图样所示。
［２２－２６］
如图４，
浙江教育学院学报，2003，（1）：60-63，67.
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图4
圆孔夫琅禾费衍射图样
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如图５③双缝夫琅禾费衍射及计算机模拟图样［２２－２６］，所示。
图5
双缝夫琅禾费衍射图样
1.4杨氏双缝实验的应用
①杨氏双缝实验缝宽大小不同形成的干涉图样和
28][27，
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光的偏振性之间的关系
[29]
。
以及光学②用杨氏双缝实验测定各种光谱线波长，器件的折射率。
③用杨氏双缝实验研究波粒二象性和量子力学的
第３３卷第３１期等：光学干涉、衍射实验的拓展与研究文献综述朱剑玫，
２５
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第３３卷第３１期第３３卷第３１期Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．３１
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２０１４年１１月Ｎｏｖ．２０１４
光学干涉、衍射实验的拓展与研究文献综述
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湖北武汉430065）（武汉工商学院实验教学中心，
摘
要：杨氏双缝干涉、单缝衍射是经典的光学实验，由于仪器结构参数都有固定值，所以实验现象和数据测定是学术界
公认的
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仪器结构，制作出能精确测量狭缝宽度的实验装置，且该装置能满足所需的精度要求，通过调
节狭缝大小进行具体的实验数据测量分析，并讨论狭缝大小不同条件下的干涉条纹现象。关键词：杨氏双缝干涉；夫琅禾费衍射；光源宽度；单色性中图分类号：O436.1
文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2014）31-0023-03
DOI ：10.14165/j.cnki.hunansci.2014.31.008
Development and experimental study of literature review of optical interference and
diffraction
ＭＥＩＬｉ－ｋｕｎ，ＦＥＩＢｏ－ｔａｏＺＨＵＪｉａｎ－ｍｅｉ，
ＷｕｈａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ，４３００６５，Ｃｈｉｎａ）（ＴｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，
Abst ract:Ｙｏｕｎｇ＇ｓｄｏｕｂｌｅｓｌｉｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｓｉｎｇｌｅｓｌｉｔｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｉｓｏｐｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｌａｓｓｉｃａｌ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｆｉｘｅｄｖａｌｕｅｓ，ｓｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａａｎｄｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｂｙｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｌｉｔｗｉｄｔｈ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆａｃｃｕｒａｃｙｄｅｓｉｒｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｓｌｉｔ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｒｉｎｇｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｓｌｉｔｓｉｚｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Keywords ：Ｙｏｕｎｇ＇ｓｄｏｕｂｌｅｓｌｉｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ｗｉｄｔｈｏｆｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ；ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ
1
1.1
国内外目前在该领域的研究现状
光的干涉与衍射的区别与联系
在目前国内外大学教材中[1-5]，能够把单缝、双缝以
相间的条纹。只是衍射现象中条纹的宽度和亮度均不等，且中央条纹最宽最亮，而干涉现象中条纹宽度和亮
7]
。度都大致相同[6，
及光栅等实验联系起来并深层次进行比较的很少见。而国内教材都是将双缝干涉与单缝衍射实验分开来进行介绍，教师注重从光程差来讨论干涉的明暗分布情况，用半波带法来研究衍射图样的特点。
①当狭缝宽时，每个狭缝等同于一个线光源，都不能再继续分，不需要考虑同一光束之间的次波叠加，只需要考虑两个缝相互间波的相干叠加情况，这就是纯干涉实验效应，如图1所示。
②当缝宽不是很小，即与可以相比较时，从每个狭缝中发出的光波振幅明显不相等，它可以认为是无限个连续次波的相干叠加，即是我们常见单缝衍射，这就是纯衍射实验效应，如图2所示。
虽然衍射和干涉有所区别，但两者不是对立的两种效应，它们可被看成一个相同的现象，及都是波场相干叠加的原理。衍射和干涉的图样有相同之处，都是明暗
收稿日期：2014-09-17
朱剑玫（1981—），女，湖北监利人，大学本科，实验师，研究作者简介：
方向：大学基础物理，网络工程。
图1双缝干涉图样
图2单缝衍射图样
1.2杨氏双缝干涉的研究
由于杨氏双缝实验是经典的光学实验，因此，关于
它的分析讨论参考文献比较多，以下是对相关文献总结与归纳。
用一薄玻①光源的非单色性对干涉现象的影响［８］：璃片置于狭缝后，当用白光照射小孔Ｓ时，由于白光相干长度很小，玻璃片给两相干光附加的光程差已超过光源本身的相干长度，所以在接收屏上看不到干涉条纹。然而，用相干长度大的氦氖激光照射同一狭缝时，在接收屏上可看到可见度非常高的干涉条纹。这说明光源的时间相干性直接影响干涉条纹的可见度，关于单色光和非单色光的计算机模拟干涉图样也能反映出该结论［９－１４］。
２４
企业技术开发
关系[30-32]。
④用新型材料做杨氏双缝实验[33]。
２０１４年１１月
１５］
②光源宽度对干涉条纹的影响［８，：任何光源都是有
宽度的，可以把它分解为多个线光源的集合，每个线光源在接收屏上形成独自的干涉图样，这些干涉图样相互间都有位移，它们的非相干叠加会造成总干涉图样完全不清晰，甚至会使图样的可见度完全降为零。只有当光源宽度小于临界宽度时，才能观察到干涉条纹，但在实际实验过程中，光源宽度取值太小，光场能量也会非常小，这样也会影响观察实验干涉现象［１６－２１］。
③双缝缝宽和大小不同以及双缝宽度变化：当双缝缝宽不同时，屏幕上就会有一定光强的背景光，且随着缝宽差距逐渐变大，背景光强也会同时增大。这样就会使干涉条纹的对比度下降，不利于观测。在双缝宽度比较小时，干涉图样很明显，但当缝宽逐渐增加时，衍射条纹就慢慢变细，这样在观测范围内不能再不考虑衍射条纹的影响，此时观测到的就是等光强不相同的条纹了［２２］。
④双缝间距对干涉图样的影响［１６－２１］。⑤光源离双缝距离对干涉图样的影响［１６－２１］。1.3
单缝、双缝衍射的研究
①单缝夫琅禾费衍射及计算机模拟图样所示。
［２２－２６］
2结语
衍射的因素很多，各类文献也都有详细的影响干涉、
讨论，但都是进行理论分析，然后，根据理论数据进行了计算机仿真，得出较好的图样。但这是否和实际情况相符，这将是本文研究的重点。本项目完成后，可用实际的实验数据来对比理论推导是否合理，从而正确认识干涉、衍射的原理，影响实验现象的各种因素。
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[7]依斯坎德尔·吾斯曼. 关于光的干涉与衍射现象的研究[J].
如图３，
图3
单缝夫琅禾费衍射图样
②圆孔夫琅禾费衍射及计算机模拟图样所示。
［２２－２６］
如图４，
浙江教育学院学报，2003，（1）：60-63，67.
[8]刘荣万. 对杨氏实验的分析[J].韶关大学学报（自然科学
版），1996，17（2）：33-38.
[9]段晓勇，单永明. 光的干涉和衍射的Matlab 数值模拟[J].大
学物理实验，2012，25（3）：95-97.
[10]王立明. 计算机模拟光源的光谱强度分布对杨氏双缝干
涉条纹的影响[J].高等函授学报（自然科学版），2007，21（5）：45-49.
[11]刘效勇，卢佩. 杨氏双缝干涉实验的虚拟仿真实现[J].石
河子大学学报（自然科学版），2008，26（5）：652-654.
图4
圆孔夫琅禾费衍射图样
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如图５③双缝夫琅禾费衍射及计算机模拟图样［２２－２６］，所示。
图5
双缝夫琅禾费衍射图样
1.4杨氏双缝实验的应用
①杨氏双缝实验缝宽大小不同形成的干涉图样和
28][27，
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光的偏振性之间的关系
[29]
。
以及光学②用杨氏双缝实验测定各种光谱线波长，器件的折射率。
③用杨氏双缝实验研究波粒二象性和量子力学的
第３３卷第３１期等：光学干涉、衍射实验的拓展与研究文献综述朱剑玫，
２５
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