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图12.5 泊松亮斑的形成
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泊松和菲涅耳都是理论家，只能坐在书房里思考计算，谁也不服谁。这时法兰西的实验物理学家Arago站出来说，大家先别争论了，实验是检验真理的唯一标准（Arago先生后来华丽转身，改行做了法国总理）。经过仔细的实验，Arago先生宣布，他的确看到了在圆球影子中间的这个亮斑！从此，光的波动理论开始为世人所重视，最终取代了牛顿光的微粒学说。奇怪的是，这个亮斑最后还是以泊松的名字命名，虽然他最初是不相信其存在的。
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当年Arago先生做实验时，没有很好的光源，所以观测比较困难。而现在我们很容易就能得到廉价而强有力的激光，重现泊松亮斑就变得很容易了。
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动手实践
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实验材料非常简单——我们的老朋友激光二极管，以及一个直径2mm左右的小钢珠（修自行车的店铺有很多这样从轴承上卸下来的小钢珠）。接下来的事情就很简单啦，如图12.6所示，如何把小球悬挂在空中大家可以自己设计，我是用一根磁化了的缝衣针把小球吸附在了尖端。
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图12.6 泊松亮斑的实验
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然后把房里的灯关掉，凑近观看小球的影子，就会发现正中间的确有一个微弱的亮斑，如图12.7所示。我们还能看到小球和钢针在它们周围引起的衍射条纹。如果小球的直径更小一点，我们还能看到影子中间除了泊松亮斑以外，还有一些同心的明亮圆环，这些也都是衍射光干涉形成的。
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图12.7 观察泊松亮斑
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在科学史上，另外一个具有重要影响的光干涉仪器叫做迈克尔逊干涉仪。19世纪末，美国物理学家迈克尔逊通过一系列光的干涉实验，证明光在任何参考系中的速度都是恒定的。这为后来爱因斯坦先生提出狭义相对论奠定了实验基础。这个干涉仪的构造如图12.8所示。激光笔发出的激光射向反射镜A，但是在遇到反射镜之前，它首先碰到了一块分光镜（允许一部分光通过，一部分光反射的镜子。一块普通的玻璃就可以用作分光镜），一部分透过分光镜继续前进，一部分被反射，转而朝反射镜B运动。这两束光抵达镜A和镜B以后，被完全反射。从A过来的光遇到分光镜，一部分被反射向左边；从B过来的光遇到分光镜，一部分透过它继续前进。然后这两束光最后在干涉屏上相遇。取决于各自经历的路程差是光波波长的整数倍还是整数加1/2倍，它们要么干涉相长（路程相差波长的整数倍），要么干涉相消（路程相差波长的整数加1/2倍），在屏上形成美丽的条纹。由于从干涉相长到干涉相消只相差1/2个波长，这些条纹对于光所经过的路程长度的微小变化非常敏感。如果某个反射镜移动了几百纳米，我们就能看到干涉条纹移动非常明显（红色激光波长为650nm左右）。所以我们可以用它来测量非常精细的振动。
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图12.8 迈克尔逊干涉仪
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如此高精度的仪器，我们自己做一个其实也不难。找来两块小镜子，一块玻璃片（如显微镜用的载玻片）就可以了，见图12.9。把两块镜子拼成一个直角（要求不严格），把玻璃片用一个焊接台夹住，方便调整其位置。激光二极管的聚焦头稍微拧开一些，这样照射到反射镜上的就是一个比较大的光斑而不是一个点。
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图12.9 自制迈克尔逊干涉仪
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通过这个装置照射到干涉屏（可以是白色的墙壁或者一张白纸），我们可以看到如图12.10（A）所示的两个光斑，一般情况下，这两个光斑并不重合。这时，我们就需要小心调整分光镜的位置和角度，来使得这两个光斑尽量靠在一起。这时候可以用光斑上的一些结构来充当向导，比如图12.10（A）中光斑左下部分有一个圆形结构，这可能是激光聚焦透镜上的一些小灰尘引起的。在调整分光镜时，就可以努力让这两个光斑中的圆形结构重合。当它们接近完全重合时，我们就能看到如图12.10（B）所示美丽的圆环形干涉条纹了。
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图12.10 干涉条纹的形成
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这个调整的过程需要耐心和细致，因为两个光斑稍微错开一点，干涉条纹就消失了。为了能够更精确地调节光斑的位置，我们需要一种可以细致调节分光镜或者反射镜形态的装置。当年我在亚利桑那大学物理系厮混时，那里有丰富的机械加工条件，所以我就得以制作了如图12.11所示，看起来颇为专业的迈克尔逊干涉仪。你可以看到，这里分光镜是固定的，两面反射镜的倾角可以通过旋转它背后的3根螺丝钉来调整。反射镜粘贴在一块小木板上，小木板通过一根弹簧连接到L形铝制固定架上，3根螺丝钉抵住小木板，使得弹簧稍微拉伸。这样旋转螺丝钉就能细微地改变反射镜的角度，从而调整光斑的位置就变得轻而易举了。实际上这种调节装置在真正的光学研究中应用很广泛，通过螺丝，把沿某一个方向的直线运动转换成其垂直方向的圆周运动，实现了把微小位移放大的作用（我们拧一圈螺丝，它只在直线方向上运动很小一段距离）。
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图12.11 更专业的迈克尔逊干涉仪
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