2.3 分波前法干涉的其他实验装置

分波前干涉装置的共同特点是，它们将点光源（实际上是很小的光源）发出的光波的波前分割出两个部分，并使之通过不同的光程产生干涉。上节所述的杨氏装置是这样，下面叙述的其他干涉装置也是这样。由干涉装置分割出的两个光波，可以看做是由两个相干点光源发出的，所以只要确定了这两个相干点光源的位置及干涉场的位置，便可以应用上节的计算公式来计算干涉条纹。

1. 菲涅耳双面镜

菲涅耳双面镜由两块夹角很小的反射镜M1 和M2 组成，如图2.7所示。由点光源S发出的光波受不透明屏K阻挡，不能直接到达屏幕E上。S发出的光波经双面镜M1 和M2 反射被分为两束相干光波，投射向屏幕E并产生干涉。从双面镜反射的两束相干光，可以看做是从S在双面镜中形成的两个虚像S1 和S2 发出的，因而S1 和S2 相当于一对相干光源。S1 和S2 的位置可按反射定律确定。设双面镜交线在图面上的投影是O点，SO=l，则S1 O=S2 O=l，所以S1 S2 的垂直平分线也通过O点。因此，S1 和S2 之间的距离为

式中，α是双面镜M1 和M2 的夹角。在确定了相干光源S1 和S2 的位置之后，即可利用上节的公式计算屏幕上的干涉条纹。由于α很小（通常小于1°），所以d也很小，这样在屏幕上可得到间距较大的条纹。

2. 菲涅耳双棱镜

菲涅耳双棱镜干涉装置如图2.8所示。它由两个相同的棱镜组成，两个棱镜的折射角α很小，一般约为30′。从点光源S来的一束光，经双棱镜折射后分为两束，相互交迭产生干涉。

两折射光束如同S在棱镜中形成的两个虚像S1 和S2 发出的一样，因而S1 和S2 可视为相干光源。设棱镜的折射率为n，则棱镜对入射光束产生的角偏转近似为（n-1）α，因此S1 和S2 之间的距离为

式中，l是光源S到双棱镜的距离。由于棱镜的折射角α很小，所以d也很小。在典型情况下，n=1.5，α=30′≈8.7 × 10 -3 rad，l=2 cm，得到d=0.017 cm。若D=50 cm，λ=6 × 10 -5 cm，按式（2.2-11），屏幕上条纹的间距为

e=Dλ/d=50 × 6 × 10 -5/0.017 cm≈0.18 cm

3. 洛埃（Lloyd）镜

洛埃镜装置比菲涅耳双面镜装置更加简单，仅用一块平面镜的反射来获得干涉条纹。实验装置如图2.9所示，点光源S1 放在离平面镜M相当远但接近镜平面的地方。S1 发出的光波，一部分直接射到屏幕E上，一部分以很大的入射角（接近90°）掠入射到平面镜M上，再经平面镜反射到屏幕E。这两部分光波是由同一光波分出来的，是相干光波，相应的相干光源是S1 及其在平面镜中的虚像S2。S1 和S2 之间的距离d显然等于S1 到镜平面垂直距离的两倍。

在计算屏幕上的干涉效应时，应注意洛埃镜装置与上述两个装置的区别：在洛埃镜装置中，两相干光波之一经平面镜反射时有了π的位相跃变。在1.4节里已经指出，π的位相跃变称为“半波损失”，因此在计算屏幕上某点P对应的两束相干光的光程差时，应把反射光束半波损失引起的附加程差λ/2加进去。设S1 S2 =d，PP0 =x（P0 点为镜平面与屏幕的交线在图面上的投影），S1 S2 到屏幕距离为D，则根据式（2.2⁃7），考虑了附加程差后P点的光程差为

如果把屏幕移到与平面镜接触的位置，P0 点对应的光程差等于λ/2，因此P0 是一暗点。实验证实了这一点，这个事实也是光在光疏-光密介质分界面上反射时产生π位相跃变这一结论的最早的实验证据。

4. 比累（Billet）对切透镜

比累对切透镜是把一块凸透镜沿直径方向剖开成两半做成的，两半透镜在垂直于光轴方向拉开一些距离，其间的空隙以光屏K挡住，如图2.10所示。点光源S由对切透镜形成两个实像S1 和S2，通过S1 和S2 射出的两光束在屏幕E上产生干涉条纹。在本实验中，S1 和S2 就是一对相干光源。S1 和S2 到对切透镜的距离l′可按几何光学中的成像公式

求出。式中，l 是光源S 到透镜的距离，f ′是透镜的焦距。S1 和S2 之间的距离则可由下式求出：

式中，a是两半透镜分开的距离。

在以上几个实验装置中，干涉条纹的走向都垂直于图面，因此点光源沿着垂直于图面方向扩展，或者说用一个垂直于图面的线光源代替点光源（实际上是用一个足够窄的狭缝光源代替点光源），并不影响条纹在平行于S1 S2 连线方向上的强度分布，式（2.1⁃10）仍然适用。但是，如果点光源或狭缝光源在S1 S2 的连线方向扩展，条纹的强度分布将发生变化。随着光源的扩展，条纹将变得越来越不清晰，当光源扩展到一定程度时，条纹可能完全看不见了。下一节将讨论条纹的清晰度与光源大小的关系，以及影响条纹清晰度的其他因素。