光相干条件
光的相干性
现代 555 nm
该实验对光的波动说的复苏起到关键 作用，在物理学史上占重要地位。
“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是 百无一失的。我……遗憾地看到他也会弄错，而他的权 威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”
(1) 分波阵面法
将同一波面上两不同部 分作为相干光源
(2)分振幅法（分振幅~分能量）
•装置（原理图）：
1 2
波列越长，谱线宽度越窄，光的单色性越好。
不同原子发光、或同一原子各次发光
频率 振动方向 初相
具有随机性 难以满足相干条件
设观察时— 间至 为少为仪器或时 人间 眼反应
1
I I1 I2 2I1 I2 co d st I1 I2
0
均匀分布，
0
非相干叠加
两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的
发展状况：
(1) 激光：产生机理不同，具有相干性
普通光源：自发辐射 激光：受激辐射
频率
完
相位
全
偏振态
相
同
传播方向
(2) 快速光电接收器件 ——皮秒技术
接受器时间反0应 1s常 数 μs由 , ns, ps 可以观察到十分短暂的干涉，甚至两个独立光源 的干涉。
3.从普通光源获得相干光
思路：将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束， 再引导其相遇叠加
将透明薄膜两个面的反射 （透射）光作为相干光源
s
p
n1
①i
a
②
d
③
c
n2 n1
b
f
⑤
h
e
④
p
原稿中的插图和论述
当同一束光的两部分从不同的路径，精 确地或者非常接近地沿同一方向进入人 眼，则在光线的路程差是某一长度的整 数倍处，光将最强，而在干涉区之间的 中间带则最弱，这一长度对于不同颜色 的光是不同的。
光的干涉定律
光的干涉定律光的干涉是光学中一种重要的现象，它指的是当两束或多束光波相遇时，它们会发生叠加而产生干涉现象。
干涉定律是描述光的干涉现象的基本原则，它由一系列定律组成，包括叠加原理、相干性条件和干涉条纹的产生规律。
一、叠加原理光的叠加原理是光的干涉定律的基础。
根据叠加原理，当两束或多束光波相遇时，它们的振幅将会叠加在一起。
若两束光波的波峰和波谷重合，它们的振幅叠加将会导致光强增大，形成明亮的干涉条纹；若两束光波的波峰和波谷错开，它们的振幅叠加将会导致光强减小，形成暗淡的干涉条纹。
这种由光波叠加而产生的干涉现象是波动理论的一项重要验证。
二、相干性条件实现光的干涉现象需要满足一定的相干性条件。
相干性条件是指两束光波的频率、相位和方向必须满足一定的关系，才能形成干涉现象。
一般来说，相干性条件可以通过光源的特性和光波传播的特性来确定。
1. 相干光源相干光源是实现光的干涉的基础要求之一。
相干光源指的是光波的频率、相位和方向的变化相对较小，从而使得干涉现象能够持续发生。
常见的相干光源包括激光和自然光经过准直器后形成的平行光等。
2. 空间相干性空间相干性是指两束光波在传播过程中，它们的相位关系在空间上保持稳定。
若两束光波的相位关系在空间上发生了剧烈变化，它们将不再满足相干性条件，干涉现象也将不再发生。
3. 时间相干性时间相干性是指两束光波在传播过程中，它们的相位关系在时间上保持稳定。
若两束光波的相位关系在时间上发生了剧烈变化，它们将不再满足相干性条件，干涉现象也将不再发生。
三、干涉条纹的产生当满足相干性条件后，光的干涉现象会表现为干涉条纹的产生。
干涉条纹是干涉现象的可视化结果，它们呈现出一系列明暗相间的条纹。
干涉条纹的产生与光的波动性有关。
当两束光波相遇时，它们会通过叠加作用形成干涉条纹。
当两束光波的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅叠加将会导致干涉增强，形成明亮的条纹；当两束光波的相位差为半整数倍的波长时，它们的振幅叠加将会导致干涉减弱，形成暗淡的条纹。
论述光的空间相干性和时间相干性
1 概述 2 空间相干性 3 时间相干性 4 总结
概述
光的干涉：干涉现象是波动独有的特征，光也是波， 就必然会观察到光的干涉现象。两列或几列光波在空间相 遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始 终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
光的相干性：两束光在某一点相遇产生干涉的条件是： 频率相同、振动方向相同、位相差恒定。简单地可以分为 相干光和非相干光。
时间相干性
下面介绍光的相干时间的两个度量：相干长度和相干
时间。
相干长度：
Lc
ct
c
2
相干时间： c
Lc c
c
c
1
或
c
2 c
2 c
由以上两式可以得出相干性反比公式： 1
时间相干性
由时间相干性的反比公式可以得出：当Δν越小 （即光源单色性越好）时，则相干时间越大，继而相 干长度越大。
空间相干性
杨氏双缝干涉实验装置
x
z y
空间相干性
双缝间距为d，两个屏间距为r，光波的波长为 λ，光源在x方向上的线度为Δx。有下式满足时， 可以出现干涉现象：d<rλ/ Δx。
如果光源在y方向上的线度为Δy，则光源的发 光面积为ΔA= Δx×Δy。在光场中与光源相距r处 的空间有一块垂直于光传播方向的面积
综上可知，发光持续时间τ，可以作为能否产生 干涉现象的一个界定量，称之为相干时间。
相应地，波列长度LC(即两列相干波到达观察点的 最大光程差)，称为相干长度。
τ或LC越大，时间相干性越好，反之就越差。
结语
通过以上关于光的空间相干性和时间性的一些介绍，我们现 在简单地进行一下归纳总结，分别从以下几个方面讨论一下光的 空间相干性和时间相干性的区别。
光的干涉现象与相干条件
Rh
R
第 m 级暗环对应
r
牛 顿 环
h
特点 级次—内低外高 间距—内疏外密
2Rhm h r r
2 m 2 m
2 nrm R m
R ( R hm ) r
2 2
m 膜厚 hm 2n
2 m
半径
rm
2 m
（5）牛顿环在光学冷加工中的应用 压 压
环外扩：要打磨中央部分
x
0
2 ~ 3 1 ~ 4
11.4 一、 等倾干涉
分振幅干涉
AB cos i 2 h AD AC sin i1 AC tg i2 2h
1、 等倾干涉相长与相消的条件
S
i1
n1 n2 n3
D
L
2 ABn2 ADn1
A
B
C
i2
h 2h n n sin i1 ( 2 )= m （暗）2
环内缩：要打磨边缘部分
11.5 迈克尔孙干涉仪
M1 M2
n1 n2 n3 1
M1 M2
h
i1 i2
M1 // M 2 实现等倾干涉
i1
M1
明 m 2hn cosi2 2m 1 暗 2 条纹特点
望远镜
1、同心圆 3、中心级次
2、内疏外密
(m 0 ,
1 , )
Im 0
原子发光具有随机性、间断性，即使同一个原子 发出的前后两列波，也很难保证同时满足三个相干 条件。要获得相干光需要采取特殊的方法.
4、 获得相干光的主要方法 • 分波阵面 法 具有确定相 差的波阵面上的两个次 级子光源是相干的。 • 分振幅干涉法
大学物理第12章2
(
k
0，1，2，
)
增透膜的最小厚度：d
4n
光学厚度： nd
4
2、增反膜：把低折射率的膜(MgF2)改成同样光学厚度的 高折射率的膜(ZnS)
—ZnS，折射率2.40
2nd
H
2
L
H
2
L
•多层高反射膜
—在玻璃上交替镀上光学厚度
均为/4的高折射率ZnS膜和低
牛顿环 装置简图
分束镜M
.S
显微镜
平凸透镜
o
平晶
R
r
d
A
干涉条纹
(2)光程差和明暗条纹条件
如果不是空 气劈尖，结 果又如何？
应用 ①测微小角度：
已知：λ、n。测出l。
l
2n
2nl
②测微小长度 已知 ：λ、n。测出干涉条纹的总级数 K
d
d 2k 1 （明）d k (暗）
4n
2n
③测折射率：已知θ、λ，测l可得n
④ 检测物体表面的平整度
A
B 若干涉条纹是平行直线，说 明B 面是平的。
n11
n11
=
2 0
=
2 0
2n2d
n1
1
2
§12-5 薄膜干涉
薄膜干涉:光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的 干涉现象。 薄膜干涉分为：等倾干涉与等厚干涉。
干涉光的获取方法：分振幅法。
一、等倾干涉条纹
1、产生条件
扩展光源发出的不同方向的光，入射到厚度均 匀的薄膜上。 同级干涉条纹对应的光线的入射角相 同，这种干涉称为等倾干涉。
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？。
相干光具有的条件
相干光具有的条件相干光是指具有相同频率、相同方向、相同偏振状态的光波之间存在稳定的相位关系的现象。
相干光具有以下条件：1. 频率相同：相干光的频率必须相同，只有频率相同的光波才能产生干涉现象。
频率不同的光波会发生相位差的变化，无法形成稳定的干涉图案。
2. 方向相同：相干光的传播方向必须一致，只有在同一方向上传播的光波才能产生干涉现象。
如果光波的传播方向不同，会导致干涉条纹的位置错乱，无法形成清晰的干涉图案。
3. 偏振状态相同：相干光的偏振状态必须相同，只有具有相同偏振方向的光波才能产生干涉现象。
如果光波的偏振方向不同，会导致干涉条纹的强度变化，使干涉图案不稳定。
相干光的产生与光源的特性密切相关。
对于自然光源，由于光波的相位关系随机，无法满足相干光的条件，因此无法产生明显的干涉现象。
而对于激光等特定光源，由于光波具有相干性，能够产生清晰的干涉图案。
相干光的应用十分广泛。
其中之一就是干涉仪的应用。
干涉仪是利用相干光的干涉现象测量物体的形状、表面质量等参数的一种仪器。
干涉仪通过将光波分成两束，经过不同的光程后再进行叠加，利用干涉条纹的变化来测量待测物体的性质。
干涉仪在光学领域的研究和实验中起到了至关重要的作用。
相干光还可以用于光学显微镜的成像。
在传统的光学显微镜中，由于光源的非相干性，会产生大量的散射光，导致图像的模糊和光强不均匀。
而使用相干光源作为照明光源，可以有效减少散射光的影响，提高图像的清晰度和对比度，使得显微镜观察的细节更加清晰。
相干光还在光学通信领域得到了广泛应用。
在光纤通信中，由于光波的传播距离较长，容易受到噪声和衰减的影响。
利用相干光可以通过调制光波的相位和振幅来传输信息，提高信号的传输质量和容量，实现高速、稳定的光纤通信。
除了上述应用之外，相干光还在干涉测量、光学存储、光谱分析等领域起到了重要作用。
相干光的特性使得它成为光学研究和应用中的重要工具，为人们深入探索光的本质和开发新的光学技术提供了有力支持。
16-0,1,3光波及相干条件(南京信息工程大学 大学物理)
Nanjing University of Information Science & Technology1§16-1 ,3 光波及相干条件2波动光学1/10大案34蝉翅在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下白光下的油膜肥皂泡玩过吗?56等倾条纹牛顿环(等厚条纹)测油膜厚度平晶间空气隙干涉条纹2/10大学物理教案 b y 徐飞7一、光波89n hE=D原子能级及发光跃迁10原子发光是间隙式的.各个原子的发光是完全独立的它们何时发光完全是不发光频率,光的振动以及光波的传播方向等都可3/10大物案by11全121314 1/10大案y徐飞15 161718一般式i iiL n x=å物理意义：光程就是光在媒质中通过的几何路程, 按波数相等折合到真空中的路程.5/10大案by徐飞1900co s[()]E E t k x w j =-+002co s[()]xE E t p w j l=-+201S 1n 1r 2n P11101cos 2()r E E ft p l é=-êë22202cos 2()rE E ft p l é=-êë位差为212122r r p p f l l D =-中的波长，得0l ()2210022110222n r n r n r n r p p f l l p l D =-=-21226/10大学物理教案23 2425·26光干涉的必要条件1/10大案2728pr λ29308/10大案31(21)0,1,2,...2k k d 32分波面与分振幅33关于波线、波面和波前341/10大学物理教案35 3637大案。
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光相干条件
光相干条件是指两个或多个光波之间存在相位关系，并且这种相位关系在一定时间范围内保持稳定。
在光学中，相干性是指光波之间的相位关系，即光波的振动状态的一致性。
相干性是一种重要的光学特性，它决定了光波的干涉、衍射、散射等现象。
因此，研究光的相干性对于理解和应用光学现象具有重要意义。
光相干性的实现需要满足两个条件：空间相干和时间相干。
空间相干是指光波在空间上的相位关系，在干涉实验中通常是指光源的大小和形状。
时间相干是指光波在时间上的相位关系，主要与光源的频率、光波的相位变化和光波传播距离有关。
光相干性在许多领域具有广泛的应用。
在光学干涉中，相干性决定了干涉图案的形成，如Young双缝干涉和Michelson干涉仪。
在光学成像中，相干性可以提高图像的分辨率和对比度，如光学相干层析成像（OCT）技术。
此外，相干性还在光学通信、光谱分析、激光干涉测量等领域发挥着重要作用。
光相干性的研究涉及到光波的传播和相位关系的稳定性。
为了实现相干性，我们通常需要采取一些措施，如使用单色光源、稳定的光路和光束整形器件等。
此外，光学器件的材料和表面质量也会对相干性产生影响。
对于光相干性的研究，我们通常会使用干涉仪、相干探测器和相干
性度量器等设备来测量和分析光波的相位关系和相干性。
通过这些设备，我们可以了解光波的相位差、相干长度、相干时间和相干带宽等参数。
光相干条件是光学中一种重要的特性，它决定了光波的干涉、衍射和散射等现象。
相干性的研究对于理解和应用光学现象具有重要意义，广泛应用于光学干涉、成像、通信和光谱分析等领域。
通过采取适当的措施和使用相应的设备，我们可以准确地测量和分析光波的相位关系和相干性。
光相干性的研究将进一步推动光学领域的发展和应用。