杨氏双缝干涉实验的光为什么必须来自同一光源

目的是确保光线分成两束以后，彼此有明确的相位差，否则，光的频率高达10 的14方Hz，根本无法观察。

郑州轻工业大学-2020级软件工程某学生           

论双缝干涉实验的光为什么必须来自同一光源？

自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并成功做出了著名的杨氏双缝干涉实验，为光的波动理论确定了实验基础。

在探讨双缝干涉实验的光为什么必须来自同一光源之前，我们先来认识一下光学。光学的研究对象是什么呢？它是研究光的传播、光与相互作用 规律的一门学科。我们都知道光是电磁波大家族的成员，可见光的波长范围在400nm~~~760nm之间，正是它为我们带来了光明，也在实际中具有广泛的应用，例如：发光二极管，LED霓虹灯等等，使我们的生活五彩缤纷。

光的本质是什么？是粒子，还是波？关于这个问题，在历史上形成了两大派别，一个是以牛顿为代表的粒子说，一个是以惠更斯为代表的波动说。两种学说长达半个世纪的争论也没有分出胜负，最后由爱因斯坦提出了光的波粒二象性理论，从而揭示了光的本质。

按照光学的发展历程，形成了几个不同的分支，几何光学，波动光学，量子光学，现代光学。而几何光学在中学已经学习过，为了解双缝干涉实验，我们还需要了解波动光学。

波的特征是干涉和衍射，所以在波动光学我们从了解光的干射，光的衍射开始。光的干射与光的衍射证明光是一种波，那么是横波还是纵波？就需要看能否发生偏振现象。

什么是干涉现象？干涉现象是满足相干条件的两列波相遇时，某些地方振动始终增强，一些地方震动始终减弱的现象。相干的条件是两波源频率相同，振动方向一致，相位差恒定。众所周知，光是电磁波，通常用电场强度矢量来表示光矢量，既然我们已经知道了相干条件是什么，那么相干光的概念就是满足相干条件的两束光的光矢量。

为什么普通光源会发光？我们知道物质是由原子组成，而原子是由原子核和核外电子构成，通常电子绕着电子核运行并处于基态，受外界的干扰后变成激发态，但是在较高的能级一般不稳定，就会向底能级跃迁。由于电子的跃迁是随机的不连续的，原子的发光则是断续的，每次发光仅形成一个有限长的波列，所以大量原子发光是由许多独立的，互不干涉的波列组成的，这些波列发出的光在空间中相遇，不满足干涉的条件，不能形成相干光。所以我们需要获得相干光，便采用波阵面分割法，或者振幅分割法。

由于来自同一光源的两束光，具有频率相同，振动方向一致，又取自同一波阵面，所以相位差等于零，满足相干光的三个条件，因此在实验装置前方放置一个接受屏，就能接收到干涉图样，这是典型的分波阵面法来获得相干光的方法。综上所述，这就是为什么双缝干涉实验的光必须来自同一光源原因。

2022/12/7  

17：00

郑州轻工业大学---蒋逢春老师课堂所讲内容