雷射雙狹縫干涉

雷射雙狹縫干涉

目的

楊格(Thomas Young )於1802年所做的雙狹縫干涉(double-slit interference)實驗,由雷射光來演示。

 

實驗

將雷射光垂直入射至雙狹縫中,觀察屏幕上所呈的像。

 

原理思考

為何會有干涉條紋?


干涉條紋

右圖代表以平行光垂直入射雙狹縫,狹縫寬度極小,二狹縫間距為,狹縫至屏幕距離為 。二狹縫所代表點光源為  與 。從 及  出發的球面波,在屏幕上任意的觀察點 產生干涉現象。

 

干涉條紋2

 

如右圖中,線段為二光源  與  到達  點的光程差,從右圖中可知,假若 , 。則  點為建設性干涉(constructive interference)亦為亮點,同理,若 ,  ,則  點為破壞性干涉(destructive interference)亦為暗點。

一般來說,雙狹縫實驗的裝置,通常狹縫到屏幕的距離 會遠大於亮暗點到中央亮點的距離 。因此,角度會很小。所以 , , ,  (1)

 代入方程式(1)中可得,即為中央亮點。表示第個亮點到中央亮點之距離。

,表示第個亮點到第 個亮點之間的距離。,則為第個暗點與中央亮點之距離。且相鄰二暗點之間的距離為, 

上述方程式中的 均為常數。故任意相鄰二亮或暗點之間距均為等距離。

 

討論

1.若雷射光不是垂直入射於雙狹縫,則會有何種影嚮?

2.若將雷射光置換成白光,此時會有何種情況發生?
3.若將環境改在水中進行此實驗,干涉條紋會有變化嗎?

 

關於實驗

1.此實驗為一經典實驗,確立了光是具有波動性的性質。

2.本實驗所用狹縫寬0.05mm,狹縫間距0.25mm。

 

參考資料

"Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch35.Hallday, Resnick, Walker

"維基百科"

 

指導老師

謝奇文

 

撰稿

黃時霖,朱慶琪