楊氏雙縫干涉實驗的數字圖像處理方法研究

湯引生，張繼良，李 英

（商洛學院 物理與電子信息工程系，陜西商洛 726000）

楊氏雙縫干涉實驗是科學發展史上證明光具有波動性的決定性實驗之一。一般大學物理實驗中楊氏雙縫干涉實驗的觀察和測量都是用測微目鏡進行的，這種方法觀察視場范圍小，觀察干涉現象明暗變化時不清楚，條紋寬度變化不明顯，對比度小；測量位置選擇判斷誤差大，影響實驗數據準確性[1]，測量干涉條紋時容易引起回程誤差，而且一只眼睛長時間觀察測微目鏡，容易引起視力疲勞[2]。受一些教師[3-6]在雙棱鏡干涉和牛頓環實驗中引入CCD、CMOS攝像頭成像等數字圖像處理方法提高實驗效率與實驗效果的方法的啟發，本文通過手機攝像頭擴展測量視場，再對所得圖像進行數字處理，改進楊氏雙縫干涉實驗數據采集與處理方法，提高了效率，取得了良好的效果。

1 實驗原理與數據采集改進

楊氏實驗的裝置如圖1所示，在普通單色光源（如鈉光燈）后放一狹縫S，相當于一個線光源。S后又放有與S平行且等距離的兩平行狹縫S1和S2，兩縫之間的距離很小。這時S1和S2構成一對相干光源，從S1和S2發出的光波在空間疊加產生干涉現象。為了提高干涉條紋的亮度，實際中S，S1和S2用三個互相平行的狹縫（楊氏雙縫干涉），而且可以不用接收屏，而代之測微目鏡直接觀測，這樣還可以測量數據用以計算[7]。

圖1 楊氏實驗原理圖

設兩個雙縫S1和S2的間距為d，它們到屏幕的垂直距離為D（屏幕與兩縫連線的中垂線相垂直）。……