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光学实验中的新发现 杨发成 E-mail: yangfacheng2006@163.com 摘要: 在常规材料下的光学实验中，使用激光束（经扩束镜扩束后的激光束）穿过单狭缝、椭圆孔、小圆孔，屏上皆能产生明-暗相间的纹理。作者运用新的技术方法对实验结果实施成像，但获取的相关图片却跟传统方法中的图片存在很大差异——对光屏的视觉观察。进而从所获图片与传统的演示观察屏显示效应进行对比，在新的方法下所观察到的相邻明亮条纹之间并没有被波峰、波谷所抵消的零强度的黑暗条纹——无论是单缝、椭圆孔、小圆孔等实验均是如此。作者在获取超黑材料后做了单缝实验，其结果是：无论是演示观察屏上或是相机镜头对准单缝（光源）方向所成之像，均不出现明-暗相间的衍射条纹。 关键词：点光源；线光源；次光源；相干光 中图分类号： O431，O436.1 1. 实验仪器结构及功能简介： 在图1中的光具座上，相关元件自左向右依次排序是：1.激光器（或激光笔），为高纯度的红光光束；2.扩束镜，用于扩展较细激光光束，使光束直径扩大、适当调整光强度；3.缝宽调节器，用于符合实验要求的操作平台；4. 摄像（或照相）机，对来自单缝屏、椭圆孔屏、小圆孔屏及小圆屏的光线进行成像。光源、扩束镜、照相机镜头呈同一直线（相机镜头对准光源方向）。 图1 实验设备及器材 （a）实验仪，（b）硅基板碳纳米管阵列 2. 实验系列及相关说明 经上海交通大学范同祥教授（超黑材料方面研究专家）的引荐，2014-03-03作者从清华大学物理系，清华-富士康纳米科技研究中心获得了对可见光波段吸收率超过99% 的“硅基板碳纳米管阵列”材料，——据相关人员介绍，材料是由范守善（院士）所属团队之科研成果。随即作者便使用两片硅基板碳纳米管阵列做了单狭缝实验，实验取得了成功 ；接着用厚约0.10 mm平直薄金属板材料制做了实验中所需的相关光学元件（如椭圆孔屏、小圆孔屏等），并做了如下系列光学实验，现将具体实施过程介绍如下。 2.1 实验1 实验地点和时间： 中国新疆，克拉玛依市实验检测研究院，2014-03-11。 实验人员： 杨发成 。 实验器材： 实验仪的单缝屏，平直硅基板上制备的超黑材料——对可见光的吸收率超过99%，由硅基板碳纳米管阵列组成的一薄涂层，硅基板板厚5.0 mm，碳纳米管长约4.0 mm；碳纳米管直立于一块矩形硅基板上，在放大镜下观察，四个边缘上只有两个边缘布满碳纳米管。所以，选择使用硅基板边缘布满碳纳米管阵列的那个直边作为实验仪的单缝屏。 光源： 红色激光。 实验目标： 在演示观察屏上不出现明-暗相间的衍射条纹。 实验过程： 实验中使用经扩束镜扩束后的激光束，光束温度须远低于碳纳米管的承受能力（700℃），以避免高强度激光束对超黑碳纳米材料产生伤害。用此光束照射由两片超黑材料平板组合的单狭缝屏；初始，将两片超黑材料板合拢，光线不能透过缝屏，此刻在演示观察屏上没有光线；随即，缝的宽度从零开始向宽调整，如：0.01mm、0.02mm、0.03mm，... 0.10mm，0.16mm，0.18mm，…… 。 实验现象： 演示观察屏与单狭缝屏相距1.0 m～1.50 m，在此实践过程中，当缝宽调整为零时，演示观察屏上没有光线。缓慢调整狭缝宽度，演示观察屏上仅出现一条平行于狭缝的明亮条纹，并不出现如常规材料实验中所生成的一簇明暗相间的衍射条纹，如图2（a）所示。 同时，我们将摄像（或照相）机镜头正对着从超黑单狭缝方向传播而来的光线，镜头为相距单狭缝屏10.0 cm～15.0 cm处实施拍摄，照片呈现出如图2（b）所示。 图2 超黑材料单缝屏光学实验 （a）演示观察屏上出现的一条明纹，（b）摄像机镜头正对超黑单缝屏所拍之照片，（c）硅基板碳纳米管阵列 说明：图2（a）为演示观察屏上出现的一条明条纹，在这条明条纹附近有少许散射光点出现，但强度非常小，人眼能观察到，普通相机拍摄不下来；图2（b）为摄像机镜头正对超黑单缝屏所拍摄之照片，在中央亮白条纹附近出现的淡红、淡白雾态光点，是由缝缘及碳纳米管壁对入射光的散射所致；图2（c）是实验中尽可能让碳纳米管阵列迎接入射而来的光，且尽可能不让光线与硅基板边缘直接作用，所以，使硅基板略有一小倾斜角度。 由于“硅基板碳纳米管阵列”材料的特殊性以及受制作工艺的局限，作者日前在高倍放大镜下手工操作，二零一四年四至九月期间，曾尝试在双狭缝等光学器件上实施超黑处理，但制做并不完全成功，原因有以下几个方面： 碳纳米管不能直立于（金属）光学器件表面上；硅基板易碎，若要在2.50 mmｘ30.0 mm的硅基板上制备碳纳米管阵列，目前还难以实现。作者亦尝试在2.50 mmｘ30.0 mm薄