干涉光的变场现象_(续2)

概述：本文在扬氏干涉基础之上，增加了一个成像光学系统，以实验观测双相干光源成像的位置变化和能量分布变化，从中得到一个值得再探讨的新现象。
关键字：干涉、成像、分离、变场

19世纪的扬氏干涉实验对后世的物理学影响极大，至今它仍是物理学中的一个基础实验。对于扬氏干涉实验，人们一直是将双相干光投射到相干区内，以观察干涉的明暗条纹。我们普遍认为(1)式成立。
(1)
式中： 和 是单缝场。
和 是双缝场。
(2-1)
(2-2)
参见图一。请参考有关资料。

实际上，我们并没有什么理由认为(2)成立，而将(2)的成立认为是“默认的、应该的”。

现在，我们将这个实验加以引申，采用成像的方法，即采用光束“分－合－分”的方法，将相干区内的相干光分离成像，并观察干涉光分离后的成像位置和能量分布状况。作者从实验的结果中，得出了一些新现象。

一、扬氏干涉中的场分布
扬氏干涉如图一中(a)。按照光的波动说：缝光源A和B在空间中传播的电磁场分布值，不会随光源A或B的存在与否而变化，即从A和B所发出的光波在整个光路传播过程中是相互独立的。这样，单缝场 和 被认为与双缝场 和 是相同的，如图一中(b)和(c)。参见(1)式。

图二 干涉光的成像分离
我们在干涉区后增加一个正透镜，用于对逢AB进行成像，如图二。这样单缝成像和双缝成像的像A`或B`位置和能量分布是不变的。它们分别由 和 决定，也可以说由 和 决定。
但是，在实际中，像A`或B`的特性是变化的，(1)式并不成立，即：
(3)
式中： ，
由于这种在干涉区内的电磁场分布发生了变化，导致像位置和能量分布是变化的，我们不妨将这种现象称之为“变场”。这种变化量有多大？下面的干涉光源的成像实验可以证明这种现象的存在。 （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
在论述光学系统中干涉光源的成像问题之前，我们先回顾一下目前有关光学理论的成像原理。

二、物光源在共轴球面系统中的成像规律
图三 双缝光源A和B成像光学图
Ÿ物体或像箭头由纸面向上 ª物体或像箭头向纸面里
按高斯光学，物空间中的一个点、一条直线或平面经光学系统后，在像空间中有其一一对应的点、线或面存在。例如，有缝光源A、B和正透镜L组成一个成像光学系统，L的焦距为f [正透镜为圆形，在空气介质中]，物、像距离正透镜L的物、像方主平面K和K’分别为u和v，如图三。
在图三中，缝A、B对称垂直于主光轴Z，但不与主光轴Z相交，且偏离主光轴Z都为d。定义AB缝所在平面为Q面。我们在Q面上建立x-y坐标系，y轴平行于光缝，x轴方向向纸外且垂直于主光轴Z，其坐标原点在主光轴Z与Q面的交点上，如图三中(a)。
在距正透镜主平面K前(左侧)s处取一平面P，P面与主光轴Z垂直，则P面到Q面的间距为 。在P面上建立x-y坐标系，如图三中(b)，图中x轴方向向纸外，y轴平行于AB缝，并且方向相同，其原点在主光轴Z上。
同样，在像平面R上建立x-y坐标系，如图三中(c)。