获得相干光的原则
光的相干条件
光的相干条件光是一种电磁波，在自然界中广泛存在，具有波动特性。
光波的特性包括波长、频率、振幅、相位等。
其中，相位是描述光波特性的重要参数之一。
在光的传播过程中，相位会受到外界干扰，从而影响光波的传播和展现出不同的表现形式。
因此，相干是研究光波特性的重要概念之一。
相干是指两个或两个以上的波在时间和空间上保持一定的相位关系，形成稳定的干涉图样。
相干的概念最早由英国物理学家托马斯·杨提出，他发现两束光线相遇时，只有在它们的相位差为整数倍时才会产生明显的干涉现象。
这意味着，要产生干涉，光线之间必须具有一定的相位关系。
在光学中，相干度是描述两个波之间相干程度的参数。
相干度通常用互相关函数来表示，即两个波之间的相位差随时间的变化关系。
互相关函数可以用来描述两个波之间的相位关系，从而判断它们是否相干。
如果两个波的相位差随时间变化的规律相同，那么它们就是相干的。
反之，如果相位差随时间变化的规律不同，那么它们就是不相干的。
光的相干性对于光学实验和应用具有重要的意义。
例如，在干涉仪中，两束相干光线可以形成干涉条纹，从而测量物体的形状和表面粗糙度。
在光学通信中，相干光可以传输更多的信息，提高通信的速度和可靠性。
因此，研究光的相干性是光学研究的重要方向之一。
在实际应用中，光的相干性受到许多因素的影响。
例如，光源的相干性、光的传播路径、光的偏振等都会影响光的相干性。
因此，为了获得稳定的相干光，需要采取一系列措施，如使用相干光源、保持传播路径稳定、控制光的偏振等。
总之，光的相干性是研究光波特性的重要概念之一。
相干度可以衡量两个波之间的相干程度，从而判断它们是否可以产生干涉现象。
在实际应用中，光的相干性受到许多因素的影响，需要采取一系列措施来获得稳定的相干光。
光学研究的发展，将进一步推动光学技术的发展和应用。
光波的相干叠加相干光的获得
1
一、光波的相干叠加
设两个同频率单色光传播到屏幕上某一点的光矢
量 E1和 E2分别是：
E1 E10 cos(t 1), E2 E20 cos(t 2)
如果两光矢量是同方向，且属于(1)非相干光，(2)相干
光，试由 合成光矢量分别讨论该点的光强情况。 光矢量E1和E2迭加后光矢量为 E E1 E2，合成后 E
（1）对非相干光，由于原子或分子发光的间歇性和 独立性，使达到P点的二光波位相差是杂乱变化的，
也就是说，其取值可以是0到 2 之间的一切数值， COS(2 1)]dt 0 0
因此 E02 E102 E202 即: I I1 I2
结论：二非相干光重合后光强I是各光强的总和。
3
（2）对于相干光，达到P点的二光波位相差是恒定的，
2.分振幅法 一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两
束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、 等厚干涉等。
5
可发生干涉
不能发生干涉
4
2.产生相干光的方法。
普通光源：1 发光的间隙性 2 发光的随机性
结论：普通光源不是相干光源。
原理：使同一个点光源发出的光分成两个或两个以上 的相干光束使它们各经过不同的路径后再相遇以产生 干涉。
1.分波面法 在同一波面上两固定点光源发出的光产生干涉的
方法为分波面法。如杨氏双缝干涉实验。
1
0
COS ( 2
1)]dt
cos(2
1)
因此，
I I1 I2 2 I1I2 cos(2 1) 即合成光强随变化。
当I1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I2时：
I
2[1
COS ]
获得相干光的方法
获得相干光的方法
光的意义不言自明，它是时尚、健康、美丽的象征，让人们更加漂亮，给人们
带来温暖！但是，如何获得相干光，才能让自己获得更好的光线？
首先，要对天气进行积极关注，选择宜人的天气时走出室外，感受自然光带来
的活力。
许多人喜欢晴朗的天气，因为日光中含有丰富的光热源，能够大量补充维生素，从而让皮肤得到充足的护理，让人拥有青春动人的肌肤！另外，把周围的亮景尽可能地拉进视野，可以有效利用环境光，达成视觉效果。
其次，可以采用太阳能装置发电，从而获得中国一流的光能。
太阳能被广泛应
用于日常生活中，即使是在晴朗的天气也能获取大量太阳能，比如太阳能发电热水器、太阳能街灯和太阳能农业灌溉动力，等等。
最后，要懂得妥善使用电灯泡，改善照明环境。
选择正确的灯型，安装灯具，
采用LED灯泡替代传统灯泡可以节省电力，降低能源消耗，给美好的家庭生活提供支撑。
生活中，获得相干光的方法有很多，但也不能完全依靠外部的方法来获取光照，自身的维护更为重要，比如养成适当的生活习惯，适度进行外出娱乐、时尚运动，以及摄取有益营养，调节饮食。
只有强身健体，才能让自己在日常生活中有更多的能量，从而获得一种暖暖的光！。
相干光的获得方法
相干光的获得方法相干光是一种特殊的光波，具有明显的干涉和衍射效应，广泛应用于光学领域。
获得相干光有多种方法，包括自发辐射、激光、干涉仪等。
以下将对这些方法进行详细介绍。
首先，自发辐射是一种获得相干光的常见方法。
自发辐射是指原子或分子在激发态自发跃迁到基态时所产生的辐射。
这种辐射具有一定的相干性，可以通过适当的方法获得相干光。
例如，可以利用光栅或干涉仪对自发辐射进行干涉，从而获得相干光。
其次，激光也是一种常用的获得相干光的方法。
激光是一种具有极高相干性的光源，可以通过受激辐射的原理产生。
激光的相干性主要体现在其波长的一致性和相位的一致性上。
因此，利用激光可以获得高质量的相干光，广泛应用于干涉、衍射、全息等领域。
此外，干涉仪也是获得相干光的重要工具。
干涉仪是一种利用光的干涉现象来获得相干光的装置。
常见的干涉仪有干涉滤光片、迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等。
通过这些干涉仪，可以将来自不同光源的光波进行干涉，获得具有高度相干性的光。
除了以上提到的方法，还有一些其他辅助手段可以用于获得相干光，如光纤、相干光源等。
光纤是一种能够传输相干光的光学器件，可以在光通信、光传感等领域发挥重要作用。
而相干光源则是专门用于产生相干光的光源，具有较高的相干性和稳定性。
总的来说，获得相干光的方法多种多样，每种方法都有其特定的应用场景和优势。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的方法来获得所需的相干光。
相信随着光学技术的不断发展，获得相干光的方法将会更加多样化和高效化，为光学领域的发展带来新的机遇和挑战。
相干光必须满足的三个条件
相干光必须满足的三个条件
光是一种能量，其物理特性决定了它能够发出、传递和变换的规律。
光的特性与其他
物质的特性不同，使它能够用来测量和控制各种材料和物质。
光在应用时，必须满足一定
的条件，以确保其性能的可靠性和可靠性。
首先，涉及到相干光的应用，必须保证相干光具有良好的时间和频率结构。
这是因为，无论在高效率的传输中，还是在实现复杂光电子",光传感研究中，时间和频率结构都是关键。
因此，如果时间和频率结构不能得到有效的保证，就不能够实现正常的光传输和应用
性能或实验结果。
其次，相干光的应用，必须确保光强可靠性和稳定性。
因为，光强是光在应用中的一
个重要参数，它影响着光信号和任务的效果。
例如，光源光强低会影响传输和调制任务，
而光强过大会破坏电路部件和元件，影响应用绩效。
因此，保证光强可靠稳定，是相干光
应用的一个基本要求。
最后，相干光应用中，必须确保相干光信号的准确性和精确性。
相干光信号的准确性
是指相干光信号的正确性。
它指的是信号的正确性，要求信号的正确率很高，而且信号不
会出现问题。
相干光信号的精确性指的是相干光信号的精确度。
它要求传输和应用过程中
所有信号的参数和规格完全一致，以保证相干光信号可靠传输和应用。
因此，在使用相干光应用时，必须确保时间和频率结构的良好，光强的稳定性和可靠性，以及相干光信号的准确性和精确性，以保证信号的可靠和可靠性，以实现性能可靠的
相干光应用。
16-02 获得相干光的方法
1 获得相干光的方法 2 杨氏双缝干涉实验 3 洛埃德镜
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉 分波面与分振幅
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉 杨氏双缝干涉
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉
2 杨氏双缝干涉实验
实 验 装 置
s
s1
d o
r1
B
p
r2
d'
x
o
s2
d ' d
r
波程差
sin tan x d'
x r r2 r1 d sin d d'
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉
s
s1
d o
r1
B
p
r2
d'
x
o
s2
x r d d'
r
k
(2k 1)
加强
讨论
d' x d
(k 1)
d 、 ' 一定时， d
1）条纹间距 与
的关系 ;
若 变化 ，则 x 将怎样变化？
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉
d 1）d 、 '一定时，若 变化，则
x 将怎样变化？
16-2 获得相干光的方法
第16章 光的干涉
2） 、d '一定时， 条纹间距 x与
(2k 1) sin 4h
1 5.74
注意
20.0cm 1 arcsin arcsin 0.1 4 0.5m
大学物理相干光源2杨氏双缝干涉
n1 n2
L n1l1 n2l2 nnln
2.光程差
光程差为两束光的光程之差。 L2 L1
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
3.光程差与相位差的关系
光程差每变化一个波长，相位差变化 2 光程差为 ，相位差为 ； 光程差与相位差的关系为：
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
一、杨氏双缝干涉装置
S 点 光 源 单 缝
S1 a
S2
r1
r2 D
P x o
I 屏
干 涉 条 纹 光 强 分 布
双 缝
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
二.两条光线的光程差
S1S2 R OPQ，
S S1 Q a R r2 S2 单 缝 双 缝
S
S1 a S2
d
r1
r2
o’ o D o
I
解： 由于中央明纹移动了 3.5 个条纹，则 插入的介质薄片所增加的光程差为 3.5 个 波长，对应原屏幕中央 o 点两条光线的光 程差也为 3.5 。
§2.相干光源 / 举例
在原屏幕中央o点两光线的光程差为： 3.5 (r1 d nd) r2 对于o点： r1 r2 0
第一节
相干光源
一、产生相干光的条件
两束光
y1 E 01 cos(t
y 2 E02 cos(t
2x1
1.频率相同；
2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差； 2 1 4*.光程差不太大； 5*.光强差不太大。
§1.相干光源 / 一、产生相干光的条件
1 )
五 、干涉加强减弱条件
掌握
两束单色光相干时，光程差满足：
相干光的三个必要条件
相干光的三个必要条件在相干光的世界里，有三个关键的条件，嘿，咱们就来聊聊这个吧。
相干光得有个稳定的光源。
就好比你去参加聚会，得有个主持人，不然大家东一头西一头，谁也不知道该干嘛。
光源的稳定性就像这个主持人，让所有的光波都能整齐划一，不再东奔西走，形成一种和谐的共振。
想象一下，大家都在跟着同一个节拍跳舞，那场面绝对美丽得让人目不转睛。
接下来就是相干时间。
这个东西听起来高大上，其实挺简单。
就像你跟朋友聊得火热，突然接到一个电话，结果话没说完就得挂了，那种感觉可不舒服了。
如果光波之间的相干时间太短，它们就会像那没聊完的朋友一样，失去了联系，没法形成稳定的干涉图案。
所以，得确保这些光波能够保持联系，越久越好，这样才能在空间中交织出美丽的图案。
就像是永恒的友谊，一直都在，永不分离。
最后一个条件就是相干长度。
这个听上去也许有点抽象，但想象一下，当你在宽阔的海滩上奔跑，四周的浪花都在朝你涌来，波涛汹涌。
而如果你只是在小水塘里玩水，那些水波可能没法扩散得那么远。
这就类似于光波的相干长度，它决定了光波能在多大范围内保持相干。
相干长度越长，光波就越能传播得远，产生更多美妙的干涉现象。
想想看，在那个大海中，各种浪花交织在一起，形成了多么震撼的画面。
这些条件在一起，才能让相干光闪耀出它的魅力。
就像是一个完美的乐队，每个乐器都要合拍，才能奏出动人的乐曲。
没有这几个条件，光波们就会像无头苍蝇一样，四处乱撞，根本无法形成稳定的干涉图样，真是让人遗憾啊。
想要看到那种绚烂的光影，就得把这三样都搞定，才能达到理想的效果。
光波之间的亲密互动，恰似人间的友情，温暖而持久，给人以力量与美感。
所以，咱们今天就聊到这里，带着对相干光的了解，咱们就像是探险者，继续去发现更多未知的奥秘吧。
别忘了，光的世界就像人间百态，神秘而又迷人。
希望下次见面时，咱们能一起分享更多的光彩与欢笑。
相干光，真的是个有趣的主题，不是吗？。
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四、光程与相位差
引进光程可方便地计算相干光的相位差。 例 相干光源 a、b 初相相同，但到达场点c 的过程中经过的介 质可能不同。 取真空中的波长 介质中的波长分别为
Δ 2π
光线1
n
n
n1
l1
n2 l2
光线2
c
2
l2
2π
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
l1
a b
Δ
2π
2
l2
2π
1
l1
3.9 1014 ~ 4.8 1014
4.8 1014 ~ 5.0 1014 5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.1 1014 6.1 10 ~ 6.4 10
14 14
6.4 1014 ~ 6.6 1014
6.6 1014 ~ 7.5 1014
第19章 光的干涉
8
二、从普通光源中获得相干光的原则
从一个原子一次发光中获得。 •装置的基本特征 先分光 然后再相遇
衍射
三.分波面法 分振幅法
分波面法： 从一次发光的波面上取 出几部分再相遇。
分束
S
S1 S2
相 遇 区
1
2
薄膜
相遇
分束装置 分振幅法： 一支光线中分出 两部分再相遇。
9
第19章 光的干涉
第19章 光的干涉
§19.1 获得相干光的原则 §19.2 分波面法双光束干涉 §19.3 影响条纹对比度的几个因素 §19.4 分振幅法双光束干涉 §19.5 干涉仪
1
第19章 光的干涉
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
2 第19章 光的干涉
白光下的肥皂膜
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
3
肥皂泡玩过吗?
第19章 光的干涉
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
4
牛顿环(等厚条纹)
第19章 光的干涉
§19.1
获得相干光的原则
一、普通光源的发光特点 二、从普通光源中获得相干光的原则
三、分波面法 分振幅法
四、光程与相位差
五、点光源
5
第19章 光的干涉
波动光学
光的波动性:
光的波粒 二象性 光子能量
第19章 光的干涉
7
一、普通光源的发光特点
随机 (1) 热辐射
(2) 电致发光 (3) 光致发光 (4) 化学发光 自发辐射 能级跃迁
间歇
自 发 辐 射
(5) 同步辐射光源 (6) 激光光源
受 激 辐 射
E2
E2 E1 / h
波列
. .
E1
波列长 L = c 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
2π
1）光程 2）相位差 = 光程差( 2 • 折射率与几何路程的乘积； • 在相位改变相同的条件下，把光在介质中传 播的路程折合为光在真空中传播的相应路程；
10 第19章 光的干涉
( n2l2 n1l1 ) n1l1 光在介质1中的光程 n2l2 光在介质2中的光程
/ )
多种介质
光程
判 据
干涉现象
衍射现象
光的粒子性:
光子动量 p
E h
粒子性
h
波动性
光波的特点：
•波长短 可见光：390nm – 780nm •速度高 •光源：在原子内部粒子的跃迁
6
第19章 光的干涉
可见光七彩颜色的波长和频率范围 光色 波长(nm) 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 470~455 455~400 频率(Hz) 中心波长 (nm) 660 610 570 540 480 460 430
ni ri
i
n1 n2 r1 r2
S1 S 2 r2
r 1
… …
ni ri
由光程差计算 相位差
n
P
光程1 光程2
n
d
2
n(r2 d ) nd nr1
S
S
物像之间等光程原理
光程3
透镜成像不会引入附加相位差。光程1=光程2=光程3
11 第19章 光的干涉
12 第19章 光的干涉
P
M
•特殊光源——激光光源 普通光源发光：自发辐射(随机、间歇) 激光光源发光：受激辐射 光放大 发出光的频率、相位和 振动方向全相同 激光的模式
E2 E1 h
E2 E1
相干面积
激光的相干性比
普通光源要好得多
同一块面积上的点源相干
13
第19章 光的干涉
五、点光源
• 点光源是光源的一种理想模型； • 点光源中所有发光原子处于同一几何位置； • 在实现光的干涉过程中，建立“点光源”的概 念很重要，尤其是用分波面法获取相干光时更重要； • 点光源模型可使我们更容易看到干涉花样 ；
结果：
M
a 原子一次发光的两光线经两个反射 a b 面反射后在P 点相遇进行相干叠加 b 原子一次发光的两光线经两个反射 面反射后也在P 点相遇进行相干叠加 相当于又进行了 但由于是点光源 一次非相干的叠 b 原子与a 原子几何位置相同，光 加，从而使P点 程差相同，所以a 原子与b 原子在P 的花样强度增大 点干涉结果相同。