14-6 分波前干涉
03南京邮电大学《专业英语》作业翻译
(r) [ +( (14.2-6)
假设
《k
将式14.2-4和式14.2-6代入式14.2-5得到
+c.c.+ +c.c.
+ u [ +( +c.c)]×[ + +c.c.]=0（14.2-7）
通过研究发现，当满足布拉格条件时，
K2-K1=K(14.2-8)
空间累积的能量交换就会发生。
(14.2-13)
其中
(14.2-14)
If we wish to reconstruct picture 1, we illuminate the hologram with the corresponding reference wave k2(ie, the same reference wave used to record it ),as discussed above.如果我们想重建图片1，我们照亮了相应的参考波幼（即相同的参考波用来记录它）全息图，如上所述。This reference wave will encounter in the crystal, not only the desired hologram n1(r) but also hologram n1(r).这将遇到参考波在晶体中，不仅所需的全息图n1（注册商标），而且也全息n1（注册商标）。Any light scattered from hologram n1(r) in the direction of k1 thus constitutes (noisy) crosstalk, which degrades the information contents of picture 1.从全息图n1分散的任何光线（r）在这样的k1构成（噪音）串扰，从而影响了图片1的信息内容的方向。This crosstalk places a fundamental limit on the number of holograms and their stored information contents.这种串扰重视数量的全息图的基本限制和所存储的信息内容。To quantify this argument, we will derive an expression for the power radiated along k1 due to the undesirable scattering of the reference beam employed (k2) off the“wrong”hologram of picture 2-n1(r).The equations describing this process were derived in (14.2-9) and are reproduced here for the incident (A2) and the diffracted (A1) beams ((((((((公式)))))))))) where the grating vector K=k2-k1 is that of hologram 2 and we took (())=0.The direction k1 is , according to Figure 14-6,the same for both n11(r) and n12(r),since the“picture”direction is the same for all the recorded holograms.为了量化这一论点，我们会得出一个沿k1由于就业（k2）的关闭“错误”的图片2全息图- n1参考光束不良散射辐射的功率表达式（注册商标）。该方程描述了这一进程衍生（14.2-9）和转载的事件（A2）和衍射（格A1）这里横梁
光的衍射现象 惠更斯原理
b) S引起p点的合振动
E dE C
s
S
K ( ) nr cos( t 2 )d S r
P117,14.19式
上式——菲涅耳衍射积分公式
E E0 cos t P
说明： p点的光强
I E
2 0
1882年以后，基尔霍夫解电磁波动方程，也得 到了E的表达式，这使得惠更斯─菲涅耳原理有 了波动理论的根据。
光强不均匀分布的现 象称为光的衍射。 光 源
P115,第1段，1，2行 产生条件：λ≥10-3a (a缝宽或障碍物的线度）
说明：衍射与绕射不同 绕射无光强分布不均匀的现象 太原理工大学物理系
直线传播
P115,第1段 倒 1， 2行
正 三 角 形 孔
正 六 边 形 孔
正 方 形 孔
单 缝
太原理工大学物理系
设初相位为零 a) ds波面在p点引起的光振动
dS
· Q
r
dE p
·
S(波前)
dS nr d E C k ( ) cos(t 2 ) r
式中C---为比例系数；
k( )：倾斜因子
k( ) 90o， k( )=0 , I = 0即光不
向后传播。 = 90o ，光传播的极限方向， 看到条纹最多。 太原理工大学物理系
△ 三、
附：
惠更斯 — 菲涅耳原理
惠更斯指出：波传到的任何一点都是子波的波源；
菲涅耳补充：各子波在空间某点的相干叠加，就 决定了该点波的强度。 光的干涉是有限的几列光波的叠加，而衍 射是无数多个子波的叠加。 在实际现象中，一般既有干涉的问题，又有 衍射的问题。 太原理工大学物理系
n
分波前干涉实验的现代应用及原理
分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验，也称做前沿干涉实验，是一种利用前沿波来测量次级波的一种实验方法，这种实验涉及到波和光的原理，是物理学中研究有关声、光和电磁波传播行为的实验。
该实验不需要复杂的仪器，却能实现对声、光和电磁波的多种测试。
1、分波前现象的基本原理分波前现象是一种对非开放系统中的波能传播行为的实验方法，它是对多次复式干涉现象及相关现象的总结性阐释。
实验的基本原理是：一个定位的平行波束通过一组聚焦波束来形成一个复式的干涉现象，经过复式操作后，可以形成多次复式的干涉现象，然后导出强度的极大值和极小值。
这种现象比起两波束干涉现象来说更具有说服力，实验结果也更准确，所得的结果同时也比较稳定。
2、分波前干涉实验的现代应用（1）声学分波前干涉实验声学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量声波能量的实验方法。
它可以用来测量声场和其他空间声学尺度参数，还可以用于测量声场的分布和噪声源的定位。
（2）光学分波前干涉实验光学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量光波能量的实验方法。
它可以用来测量光场幅值的大小、折射率的改变等参数，也可以用于测量光的分布和定位光源等。
（3）电磁学分波前干涉实验电磁学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量电磁波能量的实验方法。
它可以用来测量电磁波的电场和磁场的大小，以及其他参数的改变等。
三、总结分波前干涉实验是一种利用前沿波来测量次级波的一种实验方法，是物理学中研究有关声、光和电磁波传播行为的实验，它是对多次复式干涉现象及相关现象的总结性阐释，实验的基本原理是：一个定位的平行波束通过一组聚焦波束来形成一个复式的干涉现象，经过复式操作后，可以形成多次复式的干涉现象。
它可以用来测量声、光和电磁波能量的大小、改变等参数，同时也可以用于测量声、光和电磁波的分布和定位噪声源等。
14-光学-wah
波粒二重性 （量子光学时期)
1887年，赫兹和雷纳德发现光电效应。 1905年，爱因斯坦(Einstein)提出狭义相对论，并提出“光
子”概念，假定光是具有能量和动量的粒子所组成的粒子 流。 1922年，康普顿（Compton)效应。 1922年，普朗克(Planck)提出一种新的理论—量子理论。 认为辐射不是连续的，而是量子化的。
1、光程( optical path ）
光在不同媒质中传播时速度不同，而对于 给定的单色光，频率 在不同媒质中是一定的。
在折射率为 n的媒质中波长为：
u c 0 n n
0—真空中波长
表明，光在进入折射率大的媒质中传播时，波长变短。
假设光在某一媒质中传播的几何路程为 r ，
同时，电子衍射实验表明，电子具有波动性。不 仅是电子表现出波动性，其他微观粒子，如中 子、质子等都具有波动性。于是在宏观上看来 不相容的粒子性和波动性的概念，在微观上可 以统一起来。
微观“粒子”，包括“光子”具有波粒二象性。 光在传播过程中表现波动性，光与物质相互作 用时表现为粒子性。
光子（photonics)学时代（现代光学时期）
两束光在折射率为n的媒质中相遇， S
px
S1
r1
·
d
r2
x o
P点合光强取决于两束光的光程 差:d=2a
S2
D
∴
nd n(r2 r1 ) nd sin D x
当 k时，P处为明条纹，n=1时 得
x明
k
D
2a
光的干涉知识点
光的干涉是光学中的一个重要现象，它描述了两个或多个光波在空间中相遇时相互叠加，形成新的光强分布的现象。
以下是一些关于光的干涉的基本知识点：
1. 相干性：要产生光的干涉现象，入射到同一区域的光波必须满足相干条件，即它们的振动方向一致、频率相同（或频率差恒定），且相位差稳定或可预测。
2. 分波前干涉与分振幅干涉：
- 分波前干涉：如杨氏双缝干涉实验，光源通过两个非常接近的小缝隙后，产生的两个子波源发出的光波在空间某点相遇，由于路程差引起相位差，从而形成明暗相间的干涉条纹。
- 分振幅干涉：例如薄膜干涉，光在通过厚度不均匀的薄膜前后两次反射形成的两束相干光相遇干涉，也会形成明暗相间的干涉条纹。
3. 相长干涉与相消干涉：
- 相长干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅相加，合振幅最大，对应的地方会出现亮纹（强度最大）。
- 相消干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为半整数
倍的波长时，它们的振幅互相抵消，合振幅最小，对应的地方会出现暗纹（强度几乎为零）。
4. 迈克尔逊干涉仪：是一种精密测量光程差和进行精密干涉测量的重要仪器，可以观察到极其微小的变化所引起的干涉条纹移动。
5. 等厚干涉与等倾干涉：菲涅耳双棱镜干涉属于等倾干涉，而牛顿环实验则属于等厚干涉。
6. 全息照相：利用光的干涉原理记录物体光波的全部信息，包括振幅和相位，能够再现立体图像，是干涉技术的重要应用之一。
以上只是光的干涉部分基础知识，其理论和应用广泛深入于物理学、光学工程、计量学、激光技术等领域。
2011 普物教学大纲
天津师范大学小学教育专业2010 级本科课程“《普通物理》”教学大纲一、课程基本信息课程编号：PHY22300C中文名称：普通物理课程类别：专业必修课适用专业：小学教育专业开课学期：3、4总学时：96（72+24）总学分： 5预修课程（编号）：《数学分析》（MAS23401L）并修课程（编号）：课程简介：本课程是小学教育专业理科方向的一门重要的必修课。
课程逻辑性强，与实际结合密切，对培养学生的逻辑思维能力、形象思维能力，提高分析问题和解决问题的能力都有十分重要的作用。
本课程教学内容以力学、热血、电磁学、光学等基础学科以及相关实验为主，并简要介绍相对论、原子物理、量子物理等前沿学科的发展，课程逻辑性、实践性非常强，本课程分两学期开展教学活动，理论课与实验课同步进行，理论课教学在投影教室结合课件进行，实验课在实验室进行。
每学期理论课36学时，实验课12学时。
理论课与实验课课时为3:1。
本课程的先修课程是《数学分析》，是《计算机原理与应用》、《地球和空间科学》、《电子技术基础》等课程的先修课程。
建议教材：面向21世纪课程教材，刘克哲主编《物理学》高等教育出版社上册：2005年6月第3版，ISBN：9787040165609下册：2005年6月第3版，ISBN：9787040165616参考书目：（三本以上）1. 《新概念物理教程》赵凯华、罗蔚茵编著高等教育出版社 1995年版7月第1版2. 《物理学导论》向义和编著清华大学出版社 1999年2月第1版.3. 《中学百科全书•物理卷》袁运开主编华东师范大学出版社 1994年版.4. 《电磁学问题讨论》缪钟英主编人民教育出版社 1994年版.5. 《物理学史教程》申先甲等编湖南教育出版社 1987年1月第1版.6. 《新编基础物理实验》吕斯骅等编高等教育出版社 2006年1月第1版普通高等教育“十五”国家级规划教材。
7. 《普通物理实习实验》孙敬姝等编著科学出版社 2005年4月第一版，21世纪高等院校教材，国家理科基地教材。
《分波前干涉》课件 (2)
分波前干涉在实际应用中的应用
本节将介绍分波前干涉在光学图像处理、医学成像和材料表面检测等领域中的实际应用。
光学图像处理
利用分波前干涉的原理，对光 学图像进行处理和增强，提高 图像的质量和清晰度。
医学成像
利用分波前干涉技术，改善医 学成像的分辨率和对比度，提 高诊断的准确性。
材料表面检测
通过应用分波前干涉，实现对 材料表面缺陷和纹理的高精度 检测和分析。
学习目的及准备工作
通过学习分波前干涉，您将了解它在光学图 像处理、医学成像和材料表面检测中的实际 应用。
原理讲解
本节将详细介绍分波前干涉的原理、光路差的计算、空间相干性与分波前干涉以及光程差调制。 • 分波前干涉原理介绍 • 光路差的计算 • 空间相干性与分波前干涉 • 光程差调制
分波结分波前干涉的优缺点，并探讨它未来的发展和应用前景。
1 分波前干涉的优缺点
分波前干涉可以提供高分辨率、高灵敏度的测量结果，但也存在一些技术挑战和限制。
2 对分波前干涉的展望
随着技术的不断发展，分波前干涉将在更广泛的领域中得到应用，并有望实现更高级别 的精确测量。
参考文献
在这一节中，我们将提供相关的期刊论文、会议论文及专利文献，便于您进 一步学习分波前干涉的相关内容。
《分波前干涉》PPT课件 (2)
欢迎来到《分波前干涉》PPT课件！在本次课件中，我们将介绍分波前干涉 的原理、实验配置以及在实际应用中的应用。让我们一起来探索这个令人着 迷的光学现象。
引言
在这一部分中，我们将介绍分波前干涉的概述，以及学习和准备工作的目的。
分波前干涉概述
分波前干涉是一种基于光的相干性的现象， 它可以产生干涉图案来分析光的特性。
在这一节中，我们将详细讲解配置光学实验装置、选择适合的光源以及调节分波前干涉仪器的步骤。
高二物理竞赛分波前干涉装置和光场的空间相干性课件
4）白光光源的干涉条纹特征 干涉条纹是垂直X轴的直线条纹
1．实现干涉的基本方法 干涉条纹为垂直X轴的直线条纹
由于掠入射时的半波损， 点处是暗条纹。
1．实现干涉的基本方法 3．几种具体干涉装置的条纹特征
零级条纹为白光条纹，
设点光源移动 后，零级条纹由 点移至 点。
其余级次条纹彼此错开，呈现彩色条纹带。
S 干涉条纹是垂直X轴的直线条纹 2
图样非相干迭加的反衬度逐渐下降。 2．分波前装置的干涉特点
M
B
M2
C
P
2．分波前装置的干涉特点 1．实现干涉的基本方法 5、光源宽度对干涉条纹的影响
2 ，d B ，D B C
由于掠入射时的半波损， 点处是暗条纹。
求零级条纹移动的距离？
x D (B C) ，是垂直X轴的直线条纹
L (R2 r2 ) (R1 r1) 0 ，r2 r1 R1 R2
得：d D
x0
d R
s
，即：x0
D s
R
4）注意：（1）光源沿Y方向平移时，条纹
级次的X方向位置不变动。 （2）双面境等干涉装置的关
系式与上式不同。
5、光源宽度对干涉条纹的影响
1）光源在Y方向展宽时反衬度不变
2）光源在X方向展宽时反衬度下降
第三章 干涉装置和光场的时空相干性
§1 分波前干涉装置和 光场的空间相干性
1．实现干涉的基本方法 1）分波前法 2）分振幅法
2．分波前装置的干涉特点
分波前干涉装置示意图
1)光强度：
I I1 I 2 2 I1I 2 cos (P)
2)相位差
1(P)
2
0
(P)
2
1 (
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s s1
s2
7 0
s1
s
s2
n
d
7
0
解：条纹下移，玻璃膜附加光程差为
(n 1)d 7λ
d 7λ 7 550109 6 64106 m n 1 158 1
例 2: 在杨氏实验中双缝的间距为0.20 mm，光屏与 狭缝的距离为50 cm, 测得光屏上相邻亮条纹的间距 为1.5 mm。求光波的波长。
M
L
D
Q' Q
E
当屏幕 E 移至E'处，从 S1和 S2 到 L点的
光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射
时有半波损失存在。
2、菲涅耳双面镜
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光栏
S
W
虚光源 S1、S2
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕
上明暗条纹中心对O点的偏离 x为：
解: (1) 讨论S2后面插入折
射率为n, 厚度 为l的透
s1 10 20 r1
d
s2
r2
n
l
D
x
x•
θ 50
0
明媒质
真空中:
D xk d kλ
D d D x k 0 x0 0 中央明纹
插入媒质: δ [(r2 l) nl] r1
(r2 r1) (n 1)l kλ
r2 r1 kλ (n 1)l k 0, 1, 2,L
§14-6 分波前干涉
一、杨氏实验
平面波
S1
S0
S2
球面波
一级暗纹
一级明纹 零级暗纹 中央明纹 零级暗纹
一级明纹 一级暗纹
p
实 验 装 置
s1
r1
s d o
s2
r2
B
x
o
D
D d
sin tan x D
光程差
r2
r1
d
sin θ
d
x D
s1
s d o
r1 r2
s2
D
Bp
x
o
d x D
k 0,1,2,动,条纹间距
不变
中央明纹 (k 0)
D x0 ' d (n 1)l
0
在O点上方
条纹上移
D x ' x 'k1 x 'k d λ
条纹间距不变
练习：在双缝干涉实验中，用折射率n＝1.58的玻璃膜覆盖一 条缝，屏上第7条明纹移动到原来中央明纹处，入射光波长 550nm，求玻璃膜厚度。
2k λ
(2k
2
1)
λ
D 2k λ
2
d2
x
D (2k 1) λ
d
2
加强
减弱 k 0,1, 2,L
明纹
k 0,1, 2,L
暗纹
明暗条纹的位置
D 2k λ d2
x D (2k 1) λ
明纹 暗纹
k 0,1, 2,L
d
2
杨氏干涉条纹是等间距的，相邻亮（或暗）条纹间距都为
D
d
若用复色光源 (如白光照射时) ，则干涉条纹是彩色的。
求玻璃片的厚 度为多少？
h
r1
S1
r
r2
θ d
S2 D
第5级亮条 纹位置变成 中央亮条纹
P
P0
解：在玻璃片插入前，光屏上第5级（k＝5）亮条
纹所在位置满足条件
d x 5 L (1)
d x k
D
D
在玻璃片插入后，该位置变为中央亮条纹（k＝0）， 所对应的光程差变为
并满足条件
d x (nh h) D
r2
r1
d sinθ
d
tanθ
d
xk' D
xk
'
D [kλ d
(n
1)l ]
中央明纹 (k 0)
k 0, 1, 2,L
x0
'
D d
(n
1)l
0
在O点下方
条纹下移
x '
x 'k1
x 'k
D d
λ
条纹间距不变
结论:干涉条
(2) S1后面插入媒质
纹向光程增 大的一侧移
D xk ' d [kλ (n 1)l]
解: ⑴由式 x D 得
d
dx 0.451031.2103
0.54106
D
540109
m 5.4107 1.0m
⑵ S2遮盖时，中央亮纹在x = 0处，遮后光程差为
d = (nh+r2h)r1 = h(n1)+(r2r1 ) = h(n1)+ D x
中央亮条纹应满足 = 0的条件，于是得
d x (nh h) 0 D
将（1）式代入上式有
5 (nh h) 0
最后得到玻璃片的厚度为
h 5 5 6 107 6106 m
n 1 1.5 1
答：插入的玻璃片的厚度为6×10－6m。
其他分波阵面干涉装置
劳埃镜 费涅耳双棱镜 费涅耳双面镜
1、洛埃镜
光栏
E
E
p
S1
p'
d
S2
k 3 k 1
k 2
k
1
k
k
2
3
杨氏干涉可用于测量波长，是光的波动性的实验依据。
讨论 条纹间距 x D (k 1)
d
条纹间距 与 λ 的关系
1）d 、D 一定时，若 变化，则 x 将怎样变化？
2）、D 一定时，条纹间距 x与 d 的关系如何？
例: 讨论双缝干涉装置
的一缝后插入透明 媒质,屏幕上条纹的 移动问题.
解: 由式
D
x
得
d
dx D
0.201031.5103 50102
m
6.0 107
m
例 3: 在杨氏实验中，双缝间距为0.45 mm，使用波长 为540 nm的光观测。(1) 要使光屏C上条纹间距为1.2 mm，光屏应离双缝多远？(2) 若用折射率为1.5、厚度 为9.0 m的薄玻璃片遮盖狭缝S2，光屏上干涉条纹将 发生什么变化？
x k D
明条纹中心的位置
d
x 2k 1 D
k 0,1,2
暗条纹中心的位置
2d
S1 S
d
S2
双棱镜
D
双棱镜的干涉
杨氏双缝花样
双棱镜花样
劳埃镜花样
h(n 1) d x 0 D
遮盖后中央亮纹位置为
x
h(n
1)D
d
(1.51)9.01061.0 0.45103
m
1.0 102 m
这表示干涉条纹整体向下平移了10mm。
例4 折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验 的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻 璃片的厚度。已知光波波长为6×10－7m。