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2. 五彩缤纷的肥皂泡

  通常, 随便用两束光产生干涉现象是不可能的, 因为这两束光必须是“相干光”。什么是相干光呢? 简单地说, 相干光就是“步调”都一致的光。激光器发出的光就是质量很好的相干光。

  一般情况下, 我们是很难得到相干光的, 因此, 要动手做一个干涉实验就不容易。但是, 日常生活中的干涉现象并不少见。

  吹肥皂泡是少年儿童很喜欢的事情。肥皂泡在空中飞舞时, 它们显现出非常漂亮的彩色条纹。许多小孩都知道肥皂水中并没有颜色, 那么肥皂泡怎么会是五光十色的呢?

  如果地面上有一滩水, 水面漂着“油花”。晴天时, 我们也能看到“油花”是五光十色的。这又是谁为看上去很脏的“油花”染色呢?

  “油花”的色彩与肥皂的色彩都是光的干涉现象。这种干涉的条件是它们的膜必须很薄, 它们的厚度也不均匀。如图所示, 光线照射在肥皂薄膜上, 一部分光线从A1B1 表面反射, 一部分光线进入A1B1 到A2B2 表面, 经A2B2 反射也从A1 B1 射出。这就是把一束光线分为两部分光线, 这两部分光线实际上是相干光。它们满足不同的条件会出现1+1 =4 或1+1= 0, 这样我们就看到了五彩缤纷的彩色条纹。马斯・扬用波动说观点进行了解释。

  大科学家牛顿曾对这种现象――薄膜干涉做过研究, 但是他用微粒说对此进行解释, 这显然是不适宜的。后来,托有趣的是, 牛顿还发现了一种圆环干涉现象。用一块平凸透镜, 把凸起的一面放在平板玻璃上。这样, 凸起的玻璃表面同平板玻璃表面之间形成一个楔形空气层。光线垂直入射, 在“空气楔”的上下表面反射的两束光产生干涉, 并在凸面上同一环带处形成一圈圈的同心环状干涉条纹。后人把它称为“牛顿环”。它首先为牛顿所发现, 它的中心是一个暗点。

  对于牛顿环的成功解释, 也是托马斯・扬根据波动理论首先做出的。五彩缤纷的条纹很好看, 但它们还有什么用处吗?

  加工一个工件, 假如它需要有很高的平整度, 用普通方法测量很困难。怎么对它检验呢? 一种很简单且很精密的办法就是利用干涉的办法。实际上是怎么做的呢? 从上面看到“空气楔”是形成干涉条纹的关键。如图所示, “空气楔”形成的干涉条纹有凸出处, 说明此处是不平整处或有缺陷处。如果是平整的, 所有的竖直条纹都是规则平行的。

  这种方法也可以检测轴承内滚珠的质量。把滚珠放在一凹球面内, 在光线照射下, 也会产生同心圆状的干涉条纹。其缺陷处就偏离圆周。

  利用干涉测量厚度也是一种重要方法。例如, 半导体元器件生产中, 对硅片上二氧化硅膜的厚度要精密测量。由于它的厚度只有几微米, 这就要用光学方法来测量。测量的原理同上述的方法差不多。

  由此可见, 美丽的条纹还是一把精密的“量尺”呢!

  
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