在 图 1 中 ，S1 和 S2 到 S 的 距 离 相 等 ，S1 和 S2 处 的光振动具有相同的相位， 光屏上各点的干涉强度 将由光程差 Δ 决定. 为了确定光屏上光强极大和光 强极小的位置 ，选取直角坐标系 o-xyz，坐标系的原 点 O 位于 S1 和 S2 连线的中心，设光屏上任意点 P 的 坐 标 为 （x，y，D），那 么 S1 和 S2 到 P 点 的 距 离 r1 和 r2 分别写为：
图 1 杨氏双缝干涉实验原理
收 稿 日 期 ：2012-04-30 基 金 项 目 ：东 莞 理 工 学 院 教 育 教 学 改 革 与 研 究 资 助 项 目 （201203，201005）. 作 者 简 介 ：彭 小 兰 (1970-)，女 ，湖 南 衡 阳 人 ，东 莞 理 工 学 院 电 子 工 程 学 院 实 验 师 .研 究 方 向 ：光 学 及 大 学 物 理 实 验 .
2012 年第 2 期
广东技术师范学院学报（自然科学） Journal of Guangdong Polytechnic Normal University
No．2，2012
杨氏双缝干涉实验的改进
彭小兰 王红成 刘敏霞
（东莞理工学院，广东 东莞 523808）
摘 要：传统的杨氏双缝干涉测量光波波长实验是采用钠灯作为光源.光通过单缝衍射后照射到双缝上，并通
过测微目镜测量条纹宽度，双缝间距则直接采用读数显微镜进行测量.但这种方法观察干涉现象需在较暗环境中
进行，且测量结果和理论值差别较大.因此改用激光光源，直接在光屏上观察读数，并且改进测量双缝宽度的方法，
测量误差就会大大降低.
关键词：杨氏双缝干涉实验；实验改进；波长测量
中图分类号： G 642.0
文 献 标 识 码 ：A
测微目镜测量双缝的间距 d， 再用测微目镜测出相
邻条纹的间距 Δx，计算可得光波的波长 λ.
2 存在的问题及改装措施
在东莞理工学院的实验室里， 以前采用的是传 统的杨氏双缝实验装置，如下图 2 所示.
姨 姨 r1=
（x-
d 2
22 2
） +y +D
，r2=
（x+ d
22 2
） +y +D
，
2
22
因此可以得到：r2 -r1 =2xd .
由于整个装置放在空气中，所以相干光 S1 和 S2 到达
P 点的光程差为：
Δ=r2-r1=
2xd r1+r2
.
（1）
又因为，d<<D，x 和 y 也比 D 小很多，则有 r12X（2012）02 - 0006 - 04
0 引言
光是自然界的一种基本现象， 对于光的本性的 认识经历了一个漫长而曲折的过程.中 17 世纪存在 着以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动 理论的争论.微粒说主张“光是微粒流”，利用该理论 可以解释光的直线传播、反射和折射定律.而惠更斯 的波动说认为光是“以太”中传播的波，但由于当时 没有实验的验 证使得 整个 18 世纪人 们对光 的本性 的认识停滞不前.1801 年托马斯·杨演示了著名的双 孔干涉实验. 此实验通过巧妙的设计把单个波阵面 分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的 方法来研究光的干涉现象， 使光的干涉现象成功地 被实验演示出来，并用波动理论做了很好的解释，初 步测定了光波波长， 有力地验证和支持了惠更斯等 人的光的波动理论. 杨氏双孔干涉实验是光学发展 史上具有里程碑意义的实验之一， 为波动光学奠定 了基础 .［1］ 目前，各高 校都利 用双缝 代替 双孔进 行实 验，即杨氏双缝干涉实验，并作为光学实验课程的必 开实验，让学生了解光的干涉现象，掌握光的波动特 性.一般地，该实验都是使用钠灯作为光源，用测微 目镜观察实验现象.然而根据多年的实验教学实践， 我们发现利用该实验方法进行测量光波波长虽然 原理比较简单，但需要在比较黑暗的实验环境中完 成 ［2］，且 实 验 中 用 测 微 目 镜 读 取 数 据 时 很 容 易 引 起
视觉疲劳， 再加上学生还没有掌握很好的光学实验 技术， 要想获得比较理想的实验效果存在一定的难 度.基于这一点，本文将钠灯改为激光光源，并对该 实验进行相应改进，取得了较好的效果.
1 杨氏双缝干涉实验原理
空间两列波在相遇处要发生干涉现象， 这两列 波必须满足以下三个相干条件：振动方向相同；频率 相同； 相位差恒定. 杨氏双缝干涉属于分波阵面干 涉，实验原理如图 1 所示.用单色光照射到开有小孔 S 的不透明的光阑上，透过小孔的光作为点光源，在 点光源后面放置另一块光阑， 开有两个很靠近的小 孔 S1 和 S2，它 们 构 成 一 对 相 干 光 . ［3-4］ 在 观 察 屏 P 上 显示出两束光的交叠区出现一系列明暗相间的直条 纹 ，即 干 涉 条 纹.通 常 ，为 了 提 高 干 涉 条 纹 的 亮 度 ，S、 S1 和 S2 常用 3 条互相平行的狭缝来代替，而且不用
第2期
彭小兰 王红成 刘敏霞：杨氏双缝干涉实验的改进
·7·
接 收 屏 ， 直 接 采 用 测 微 目 镜 来 观 测 干 涉 条 纹 ［5］， 还 可 以测量数据用以计算.各条纹都与狭缝平行，相邻条 纹之间的距离彼此相等，中央条纹是明条纹.
在这个实验中，杨氏巧妙地利用了惠更斯原理， 当 S、S1 和 S2 都足够小时，S1 和 S2 可以认为是两个从 同一波阵面上 S 的波面或波前上激发出来的两个小 面元所构成的次级子波源， 因为它们都是从同一个 光源 S 而来的， 它们所发出的球面子波都有相同的 频率、振动方向和恒定的相位关系［6］（如果 S1 和 S2 位 于由 S 发出的光波的同一个波面上， 那么它们永远 有 相 同 的 相 位 ）， 满 足 干 涉 条 件 ， 所 以 在 它 们 交 叠 的 区域中将出现明暗相间的干涉条纹.
Δx= D d
λ
，
（5）
式中：d 为两个狭缝中心的间距，λ 为单色光的波长，D
为双缝屏到观察屏（微测目镜焦平面）的距离.
从上面的分析可以看出， 条纹分布是中央对称
排列，与狭缝平行，两侧对称，条纹间距彼此相等，与
干涉级次 k 无关 . ［12］
由
式
（5）可
得 ：λ=
Δx·d D
，故用毫米尺测出 D，用