光的干涉與衍射

光的干涉與衍射1909年泰勒曾做了一個很奇特的實驗 .他先在強(qiáng)光下拍攝了一根細(xì)針的衍射像， 然后減弱光束的強(qiáng)度，延長曝光時間，有一次達(dá)三個月之久 .當(dāng)他把光束衰減到只有一個光了進(jìn)入儀器時，所得到的衍射像與強(qiáng)光短時拍攝的完全相同 .A：惠更斯——菲爾衍射圖像 B: 介質(zhì)衍射原理及其圖像惠更斯衍射原理A:mediumdiffraction principleandimage1泰勒的實驗表明，干涉與衍射，并不象人們通常認(rèn)為的那樣，是多個光子同時存在并相互作用而產(chǎn)生的，相反，單個的光子也能產(chǎn)生干涉與衍射.此后，他又作了單光子的雙縫干涉試驗，結(jié)果相同.1970年狄拉克明確表明，對于單個光子干涉現(xiàn)象，完全可以用幾率幅的概念作出回答.當(dāng)光子射向雙縫屏?xí)r，每一個光子穿過每一個縫都有一個幾率幅，而在光屏上的每一點也將對應(yīng)一定的幾率幅，這些幾率幅的疊加，就形成了干涉圖樣.激光出現(xiàn)以后，曼德爾等人進(jìn)行了獨立光束干涉試驗.他們用兩只脈沖式紅寶石激光器作為兩個獨立的光源.為了保證條紋的可見度，采用了光電符合技術(shù)以消除各種頻率漂移使信號產(chǎn)生的干擾.結(jié)果獲得了條紋可見度為15%的干涉圖樣.經(jīng)過改進(jìn)，完成了高度減弱的兩束獨立激光之間的干涉.在這一試驗中，高度減弱的兩束獨立激光每一束中一次只能有一個光子入射.也就是說，當(dāng)一束激光發(fā)出一個光子時，另一束激光發(fā)光子的幾率僅有萬分之一.1971年，拉德羅夫又用另外的方法完成了類似的試驗.獨立光束干涉試驗給光的粒子說帶來一個致命的問題.因為獨立光束的“單光子干涉”發(fā)生的是雙光干涉，當(dāng)?shù)谝粋€激光器發(fā)出的光束中僅有一個光子奔向控制器時，第二個激光器還未發(fā)出光子，第一個光子就已經(jīng)與第二個尚未到來的光子發(fā)生了干涉效應(yīng).然而，當(dāng)把一束激光關(guān)掉時，這種干涉就消失了.呂錦華先生認(rèn)為：二臺激光器之間的相互作用屬于度作用，度作用是以真空光速（C=80萬公里/秒）傳播，但光∞子卻以相光速（C=30萬公里/秒）傳播.從而，我們看第二臺激光器的光子還沒從激光器發(fā)出，它卻已與第一臺激光器發(fā)出的光子發(fā)生了干涉效應(yīng)！事實上，第二臺激光器的光子已經(jīng)產(chǎn)生，只是還沒從激光器發(fā)出而已.用這個實驗也可檢驗真空光速C∞是否是80萬公里/秒.這就要建立一個自動的高速光電計時器或高速攝影器，測定干涉發(fā)生與第二光子到達(dá)干涉點的時間差（⊿t）以及第二臺激光器發(fā)生光脈沖到第二光子到達(dá)干涉點的時間t.r/C=t∞-⊿t，r/C=t，C∞=Ct/（t-⊿t），⊿t/t=5/8，或t=1.6⊿t.可是這些觀點需要實驗的檢驗.2D:惠更斯原理E：楊氏雙縫干涉實驗D:HuygensprincipleE:young'sdouble-slitinterferenceexperiment現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為光波是平面波.平面波的波動方程可用復(fù)數(shù)表示成如下形式：(x,t)e[i(pxEt)/]cos(kxt)isin(kxt)?(3.1).其中，pk,E.式中i1.凡是有electriccharge的地方，四周就存在著electricfield，即任何electriccharge都在自己周圍的空間激發(fā)electricfield.帶電體在電磁場中運(yùn)動時若能級發(fā)生變化，則會輻射electromagneticfield以保持電磁質(zhì)量不變，存在Maxwell理論中的脫離物體的攜帶能量的electricfield，所以electromagneticfield具有電磁質(zhì)量，displacementcurrent與傳導(dǎo)電流本質(zhì)上都是電磁質(zhì)量的傳播.Newton本人已經(jīng)準(zhǔn)備接受他的圖象中躲藏在光的神秘行為后面的深刻問題 .在物理學(xué)中因為看出了互不相關(guān)的現(xiàn)象之間有相互一致之點而加以類推，結(jié)果竟得到很重要的進(jìn)展 .【1】薩格納克效應(yīng)（ sagnac效應(yīng)）——1911年，Sagnac發(fā)明了一種可以旋轉(zhuǎn)的環(huán)形干涉儀.實驗原理如圖 4.3所示.將同一光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周后會合，然后在屏幕上產(chǎn)生干涉 .薩格納克效應(yīng)中條紋移動數(shù)與干涉儀的角速度和環(huán)路所圍面積之積成正比