光的干涉

光的干涉是涨落的一个独特特征如果光真的是一种波，它必然会被观测到。1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉。

当两个或两个以上的光波在空间相遇时，总会在某些区域加强，而在另一些区域减弱，形成稳定的强度分布，这就证明了光具有涨落。

若干个光波（成员波）当它们相遇时，光强分布不等于每个分量波单独引起的光强分布之和，而是明暗交替

光的干涉

的现象。例如，在Young s双孔干涉（见杨氏干涉实验）从每个洞H1或H2出来的子波是一个成员波当孔很小时，仅由孔H1出射的成员波引起的光强分布为 I1(x)在相当大的范围内是大致均匀的；仅由从孔H2出来的成员波引起的光强分布I2(x)亦如此。两者之和还是大致均匀分布的。以及由两个分量波一起引起的光强分布I(x)，明暗随位置x的变化是非常显著的，这显然不是说每个分量波单独造成一个大致均匀的光强分布，这相当于要求每个分量波本身没有明显的衍射，因为衍射也会造成明暗交替的条纹（见光的衍射）因此，当几个成员波在空间的某个区域相遇并发生干涉时，应该意味着在这个区域内可以忽略每个成员波的衍射。

应当注意，前述光强度不是光场强度（正比于振幅平方）而是某个时间间隔δt内光场强度的平均值或积分值；δt的长度取决于检测装置或设备的性能。比如人眼观察时，δt就是视觉停留时间；用胶片拍摄时，δ T是曝光时间。

干涉现象通常表现为空间中相当稳定的光场强度条纹分布；有时，当干涉仪的一个参数随时间变化时，在某一固定点接收到的光的强度按照一定的规律交替变化。

光干涉现象的发现，在历史上从光粒子理论到光涨落理论的演变过程中起到了不可磨灭的作用。1801年，T.杨提出了干涉原理，首先做了双缝干涉实验，还解释了薄膜形成的颜色。1811年，D.F.J.阿拉戈首先研究了偏振光的干涉现象。在现代，光的干涉被广泛应用于精密测量中、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工等许多领域的自动控制。

只有两个频率相同相位差恒定振动方向一致的相干光源才能产生光干涉。两个普通独立光源发出的光可以 它们没有相同的频率，更不用说固定的相位差了，所以干扰可以 不会发生。

为了使合成波场的光强分布在时间间隔δt内保持稳定，要求：①各成员波的频率v（所以波长λ ）相同；②任意两个分量波的初始相位之差在δ T内保持不变。条件2是指通常独立发光的几个光源，即使以相同的频率发光，也不会互相干扰。原因在于：通常情况下，光源发出的光是大量初始相位随机分布的波列，每个波列的持续时间不超过10秒，即每隔10秒左右就会随机改变一次波的初始相位。此外，任意两个独立光源发出的波列的初始相位在统计上是不相关的。可想而知，当这些独立光源发出的光波相遇时，在极短的时间内只产生某一种条纹图案，每隔10秒钟左右，就被另一种图案所取代到目前为止，还没有任何探测或记录装置能跟上如此急剧的变化，所以观察到的是上述大量图案的平均效果，即均匀的光强分布而不是明暗条纹。而现代的特殊激光已经把波列做到了几十公里长，也就是波列持续时间在10秒量级。因此，可以说如果使用时间分辨率δt短于10秒的探测器（这样的装置可以做到）那么同样可以观察到两个频率相同的独立激光器发出的光波的干涉。另外，以双波干涉为例，也要求：3两种波的振幅不应相差太大；④在叠加点，两个波的偏振面必须大致相同。

不满足条件③时，原则上虽然仍可产生干涉条纹，但条纹的明暗差别不大，干涉现象不明显。条件4的要求是必要的，因为当两个光波的偏振面相互垂直时，无论它们之间的固定相位差是多少，组合场的光强都是相同的值，不会表现出明暗交替（为了观察明暗的交替，必须使用偏振元件）

以上四点就是所谓的连贯条件。满足这些条件的两个或两个以上的光源或光波称为相干光源或相干光波。

在各种干涉条纹中，等倾干涉条纹和等厚干涉条纹是两种典型的干涉条纹。假设光源发出单色光（或者使用滤光器从光源发出的多种波长的光中提取单色光）当一个光源发出的多种波长的光发生干涉时，就会形成彩色干涉条纹（见白光条纹）

双光波干涉

即两个分量波的干涉。扬 s双孔双缝干涉、菲涅耳双镜stem涉及牛顿 s环等等。双光波干涉形成的明暗条纹不尖锐，但光强分布呈正弦变化，这是双光波干涉的特点。多光干涉可以形成细而尖的条纹。

多光波干涉

即两个以上分量波的干涉。陆末-格尔克干扰就属于这一类。图中A是平行平板玻璃，一端有倾斜入射窗BC。

S发出的源波通过BC进入玻璃片，并在上面、下表面之间的多次反射。每次反射到上表面，都有一个扭曲同时射向空中。每次折射到空气中的波都是同一震源波以分数振幅方式引起的一组成员波。在透镜L 的焦平面π上观察到干涉条纹。P点两相邻波的相位差为其中λ 为光波在真空中的波长，n为玻璃的折射率，t为玻璃片的厚度，β 为玻璃片中光路辅助线与表面法线的夹角。接收面上光强分布的条纹非常精细尖锐，这是多光波干涉的特点。

偏振光的干涉

在上述干涉中，可以认为每个分量波的偏振方向在检查点大致相同。当干涉所涉及的两个分量波的偏振面有一定角度时，如何对偏振光进行干涉。

根据光的干涉原理，可以精确测量长度。例如，迈克尔逊干涉仪用于校准块规的长度。该方法如下使用单色性好的激光束（波长为 λ）作为光源，迈克尔逊干涉仪的可动镜臂上安装有精密触头首先，触点接触块规的一端，然后移开块规以移动可移动反射镜。此时各动臂中光路的光程差增加λ，使放置在干涉视场中心的探测器输出强度变化，使计数器的个数增加 1。直到触点接触到基面（块规的另一个端面最初放置在基面上）为止。如果计数器的总增量为n，则块规的测量长度为

精密器件可以使n不那么精确，所以测长误差小于

干涉现象还可以用来检测加工过程中工件表面几何形状与设计要求的微小差异。比如要加工一个平面，可以先用精密技术制造一个高精度的平面玻璃板（样板）使模板的平面与待测工件的表面接触，使两个表面之间形成一层空气膜。如果被测表面真的是一个好平面，空气膜到处都是等厚或规则的楔形。当光照射时，薄膜形成的干涉光强均匀或平行、等间隔的直条纹。如果被测表面在某些局部区域偏离平面，则此处的干涉强度与其他地方不同或干涉条纹在此处出现弯曲。从条纹变化可以推断出被测表面偏离了平面。很容易观察到偏差是波长的一部分。