406-光源、光的相干性

波动的相干性和光的相干性在物理学中，相干性（coherence）是指两个或多个波之间存在稳定的关系，特别是在时间和空间上存在稳定的相位关系。

这种相位关系可以描述波动的相干性，也可以用来研究光的相干性。

一、波动的相干性1. 相干的定义相干是指两个或多个波在空间或时间上存在稳定的相位关系，这种相位关系保持稳定性，使得波的幅度可以增强或减弱，而不是简单地叠加。

相干性是波动现象中重要的特性之一。

2. 相干性的条件相干性的存在需要满足以下两个条件：- 波源的稳定性：波源的频率、振幅和相位保持稳定，没有明显的涨落。

- 波源的相位关系：相干波源之间的相位关系要满足一定的条件，比如稳定相位差或相同的相位。

3. 相干性的影响相干性的存在对波动现象具有显著的影响：- 干涉现象：两个相干波叠加，会产生明显的干涉现象，如干涉条纹。

- 衍射现象：相干波通过狭缝或物体时，会产生衍射现象，如衍射条纹。

- 波纹消亡：相干波叠加可以相互干涉，导致某些区域波纹增强或消亡。

二、光的相干性1. 光的相干性概述光是一种电磁波，因此也具有相干性。

光的相干性是指在时间和空间上存在稳定的相位关系，使得光的干涉和衍射现象可以观察到。

2. 单色光的相干性单色光是频率稳定的光，它具有很强的相干性。

单色光的相干性可以通过狄拉克(Dirac)符号来描述。

3. 白光的相干性白光是由多种不同频率的光组成的复合光，它的相干性相对较弱。

白光的相干性可以通过多普勒效应来解释。

4. 干涉仪和干涉条纹干涉仪是用来观察光的干涉现象的仪器。

利用干涉仪可以观察到干涉条纹，这些条纹是由相干光叠加造成的。

5. 光的相干时间和相干长度光的相干时间和相干长度是描述光的相干性的重要参数。

相干时间是指光波在时间上保持相位关系的时间，相干长度是指光波在空间上保持相位关系的距离。

结论：波动的相干性和光的相干性是波动现象中的重要特性。

相干性的存在使得波能够产生干涉和衍射现象，这对于我们深入理解光和其他波的行为有着重要的意义。

工程光学课程设计（论文）题目数字化分析光的相干性学院物理与电子工程学院光源的相干性分析与应用摘要：光的相干性是光学中的重要概念之一。

相干效应可分为空间相干性和时间相干性，前者与光源的几何尺寸有关，后者则与光源的相干长度或单色性（带宽）有关。

迈克耳逊干涉仪为测量时间相干性提供了一种方便的技术；空间相干性则由杨氏双逢实验作出了最好的证明。

实际上许多光源都不是理想的点光源，而是有一定的几何尺寸的扩展光源，产生的光不可能是单色的。

一般来说，我们可以这样认为，对普通光源（扩展光源）的相干性分析，同时也适用于点光源，最深层的精髓没有发生变化。

本文介绍了用MATLAB仿真杨氏双缝干涉的实验，来数字化处理实验现象，以减少客观的误差对于整个实验的影响，方便同学们能够更好地了解。

同时也着重介绍了迈克尔逊干涉仪工作的基本原理，时间相干性的基本概念以及用不同光源为例，简单的说明光源的时间相干性的问题。

根据光源的一些特性，还有一些具体的应用，激光具有单色性，相干性等一系列极好的特性。

比如激光的应用。

激光在未来的发展过程中，将会有更大的发展前景。

关键字：时间相干性；MATLAB；空间相干性；迈克耳孙干涉仪；激光目录第一章引言 (1)第二章理论基础 (1)2.1 相干时间和相干长度 (1)2.2 空间相干性 (2)2.3 时间相干性 (3)2.4相干性的描述 (4)2.4 迈克尔逊干涉仪的工作原理 (4)第三章光源的相干性分析和应用 (5)3.1 杨氏双缝干涉与空间相干性 (5)3.2 迈克耳孙干涉仪与时间相干性 (8)3.2.1干涉条纹的可见度 (8)3.2.2不同的光说明时间相干性 (9)3.3应用 (10)第四章全文总结 (11)4.1 主要结论 (11)4.2 主要创新点 (12)仿真代码 (12)参考文献 (13)第一章引言虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。

目录中文摘要Abstract引言 (1)1.光的相干 (1)1.1干涉条纹的对比度 (1)1.2 空间相干性 (1)1.3 时间相干性 (2)2.迈克尔孙干涉仪 (5)2.1迈克尔孙干涉仪装置 (5)2.2迈克尔孙干涉仪原理 (5)3.应用 (5)3.1用迈克尔逊干涉仪测量汞相干长度 (7)3.1.1实验方法 (8)3．1.2数据记录 (8)3.1.3 实验结果 (9)3.2用迈克尔逊干涉仪测量钠相干长度 (9)3.2.1 实验数据结果 (9)致谢 (10)参考文献 (10)引言虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。

从十七世纪开始，人们发现彩色的干涉条纹并开始对其进行观察研究，一直以来以光的直线传播观念为基础的光的本性理论动摇了，从此开始进入了光的波动理论的萌芽期。

十九世纪初，波动光学初步形成，产生了很多一系列的干涉方面的理论，光源的时间相干性概念也就是此刻被提出并引入了干涉理论当中去的。

光源的时间相干性是掌握光的干涉和衍射现象的一个很重要的方面，它用相干长度和相干时间来表示。

光源时间相干性主要是与干涉现象中条纹的清晰度有着很大的关联，知道了它们之间内在的影响关系之后，就可以很容易的，通过改变某些条件来得到清晰的对比度较好的条纹，从而便于我们观察，加深认识，也更容易对波动光学理论的基础进行理解跟掌握。

在当今，社会生活中的很多方面都与光的时间相干性有着紧密的联系，在光的时间相干性的基础上运用光的干涉进行精度的评估，如长度的精密测量，及检验工件表面的差异等。

1.光的相干1.1干涉条纹的对比度为了描述两波交叠区域内的干涉条纹的清晰程度，引入对比的概念。

干涉条纹对比定义为 minmax min max I I I I V +-= (1.1) 式(1.1)中max I ，min I 分别为条纹光强的极大值和极小值。

当max I =0时，1=V ，此时条纹的反差最大，对比度最大，干涉条纹最清晰；当max min I I ≈时，0≈V ，此时条纹模糊，对比度为0，甚至不可辨认，看不到干涉条纹。

光波的相干条件光波的相干条件光学是一门探究光的性质和行为的科学，其中一个重要的概念就是光波的相干性。

光波的相干性是衡量光波的稳定度和强度的因素之一。

因此，深入了解光波的相干条件对于光学领域的学习和研究至关重要。

1.相干性的定义相干性是指两个或更多的光波在时间和空间上保持稳定和有序的现象。

具体来说，光波的相位相对稳定且相互关联，导致它们能够产生干涉现象。

光波的相干性对于干涉、衍射和散射等现象的产生有着重要的影响。

2.相干的种类相干性可以分为两种类型，即时域相干和频域相干。

时域相干是指光波的相位关系在时间上保持稳定。

频域相干是指光波的相位关系在频率或波长上保持稳定。

3.相干条件相干条件是指产生相干性的物理条件。

两个最基本的相干条件是：同一光源发出的光波应当是相干的；两个不同光源发出的光波应当在相对位置、波长和相位上一致。

4.相干长度相干长度是指一个光子在光学路径中保持相干的长度。

相干长度是波导、光纤和其他光学系统中的重要参数。

波长越长，相干长度越短，因为波长越短，相位关系更容易被破坏。

5.相干度相干度是用来描述两个或多个光源的相干性程度的参数。

其数学定义是两个相干光波的平均干涉强度与它们的总亮度之比。

相干度越高，干涉模式就越易于观察和测量。

6.应用相干性是光学中许多重要现象的基础，如Michelson干涉仪的原理、自聚焦效应和光波导。

相干光的应用范围广泛，包括激光器、干涉仪、成像、通信、拉曼光谱学和光场计算等领域。

总结光波的相干性是光学领域的重要概念，对于干涉、衍射和散射等现象的产生有着重要的影响。

在相干度和相干长度的帮助下，科学家能够更好地理解光学系统的行为，提高其稳定性和每单位时间的光功率。

相干性的理解和应用有助于推动光学领域的发展，满足未来的日益增长的需求。

⼤学物理光源、光的相⼲性、杨⽒双缝第三篇波动光学基础第5章光的⼲涉第6章光的衍射第7章光的偏振第5章光的⼲涉光学------研究光的现象；光的本性；光与物质相互作⽤。

⼏何光学：以光的直线传播规律为基础，研究各种光学仪器的理论。

波动光学：以光的电磁波本性为基础，研究传播规律，特别是⼲涉、衍射、偏振的理论和应⽤量⼦光学：以光的量⼦理论为基础，研究光与物质相互作⽤的规律。

§5-1 光源光的相⼲性⼀、光源普通光源：⾃发辐射激光光源：受激辐射1、普通光源的发光机理：例如：普通灯泡发的光；⽕焰；电弧；太阳光等等。

光源的最基本的发光单元是分⼦、原⼦！)/hE 1E 2⾃发辐射跃迁波列波列长 L = τ c发光时间τ≈10-8s原⼦发光是间隙式的。

各个原⼦的发光是完全独⽴的，互不相关：它们何时发光完全是不确定的；发光频率、光的振动⽅向、光波的初相位以及光波的传播⽅向等都可能不同。

因此,不同原⼦发的光不可能产⽣⼲涉现象！多原⼦不同步地发出许多相互独⽴的波列。

2、光的颜⾊和光谱可见光：3900 ? —— 7600 ?包含各种波长成分 3、光强光是电磁波：实验表明，能引起眼睛视觉和照相底⽚感光作⽤的是光波中的电场 E 光⽮量：E光振动：E随时间周期性的变化光的波动⽅程002cos E E t x πω?λ?=+-E →光⽮量Hv独⽴（不同原⼦发的光）独⽴（同⼀原⼦先后发的光）能流密度：S E H =?002cos E E t x πω?λ?=+-光强 20I E ∝⼆、光的相⼲性1、光的相⼲性光的相⼲条件：频率相同，光振动⽅向相同，相位差恒定两光源发出的光传播到 P 点，在 P 点所引起的光振动⽅程分别为=+-2202022c o s E E t r πω?λ?=+-P 点合成光振动()00cos E E t ω?=+P 点合成光⽮量的振幅2220102010202c o s E E E E E ?=++? ()()2010212r r πλ=---P 点光强12I I I ?=++? （1）⾮相⼲叠加相位差 ?? 不恒定 12I I I =+ （2）相⼲叠加相位差 ??恒定12I I I ?=++?S 2S 1r 1r 2pP 点的光强不随时间变化，不同位置 ?? 不同，光强 I 不同光强稳定分布的图样⼲涉相长： 2k ?π?=± （0,1,2,k = ）→明纹中⼼⼲涉相消： ()21k ?π?=±+ （0,1,2,k = ）→暗纹中⼼ 2、获得相⼲光的⽅法：“将光源上同⼀原⼦同⼀次发的光分成两部分，再使它们叠加”分波阵⾯法：杨⽒双缝⼲涉，菲涅⽿双⾯镜，洛埃镜分振幅法：薄膜⼲涉§5-2 杨⽒双缝⼲涉⼀、杨⽒双缝⼲涉实验英国科学家 Thomas Young(1773-1829)~10, ~d m D m -）波程差： 21sin r r d δθ=-≈（ D d ，θ很⼩）任⼀点P 的位置：tan sin x D D θθ=≈1、条纹位置：两条光线的相位差为()()0201212r r πλ?=---()2122r r ππδλλ=--=-ss 1 s 2细线光源单⾊⼲涉相长和⼲涉相消的条件为2k ?π?=± （0,1,2,k = ⼲涉相长(21)k ?π?=±- （1,2,k = ）⼲涉相消⽤波程差δ表⽰为sin 22d k λδθ==± （0,1,2,k = 光强最⼤（亮）()212d k λδ==±- （1,2,k = ）光强最⼩（暗）θδ=其它值介于亮暗之间线位置 t a nθθδ=≈= （1）明纹中⼼Dx k d λ=± （0,1,2,k = ）光强最⼤→明纹中⼼位置0k =，00x = ，0δ= ? 0级中央明纹（ 0??= ）1k =，1D x d λ±=±，δλ=± ? 1±级明纹 2k =，22D x dλ±=±，2δλ=± ? 2±级明纹可以看出：x 越⼤，波程差越⼤，⼲涉条纹的级次也越⼤。

光源相干长度1. 介绍光源相干长度是光学中一个重要的概念，用于描述光的相干性及其在不同光学系统中的表现。

在本文中，我们将深入探讨光源相干长度的概念、计算方法以及其在实际应用中的意义。

2. 光的相干性2.1 相干性的定义相干性是指光波的波动特性在时间和空间上的一致性。

在相干光中，光波的振幅和相位之间存在一定的关系，从而使得光波在干涉和衍射等现象中呈现出明显的波动特性。

2.2 相干性的分类根据光源的性质，相干性可以分为自相干和非自相干两种情况。

自相干光源是指光源本身具有相干性，例如激光。

非自相干光源是指光源本身不具备相干性，例如白炽灯。

3. 光源相干长度的定义光源相干长度是描述光源相干性的一个重要参数，它定义为光波在传播过程中保持相干性所需的最长传播距离。

在光源相干长度之内，光波的相位关系保持稳定，超过这个长度后，相位关系将逐渐混乱，相干性将逐渐丧失。

4. 光源相干长度的计算方法4.1 直接测量法直接测量法是一种常用的计算光源相干长度的方法。

该方法需要使用干涉仪等实验装置，通过测量光波的干涉条纹间距来确定光源相干长度。

具体的实验步骤如下：1. 构建一个干涉仪实验装置。

2. 将光源放置在一个可移动的平台上，并调整平台的位置，使得干涉条纹清晰可观察。

3. 测量相邻两个干涉条纹的间距。

4. 根据测量结果计算光源相干长度。

4.2 空间相干函数法空间相干函数法是另一种计算光源相干长度的方法。

该方法基于光的频谱特性，通过计算光波的空间相干函数来确定光源相干长度。

具体的计算步骤如下： 1. 将光波通过一个窄缝，使其只通过某个频率范围内的光波。

2. 将通过窄缝的光波与参考光波进行干涉，得到干涉条纹。

3. 测量干涉条纹的空间频率。

4. 根据空间频率计算光源相干长度。

5. 光源相干长度的应用光源相干长度在光学测量、光通信、光谱分析等领域有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用场景： 1. 光学干涉测量：光源相干长度决定了干涉条纹的清晰度和分辨率，对于高精度的长度测量具有重要意义。

附件2：台州学院学校实际提供的题目统计汇总表2.重点讲述光的干涉和衍射，使学生掌握判断波的基本特征。

3.分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉，洛埃镜干涉可突出相位突变的实验验证。

4.分振幅干涉的教学重点是等厚干涉及其应用。

台州学院学校406-409 条目的4类题406光源、光的相干性(选择5判断10)1. 选择题题号：40611001分值：3分难度系数等级：1来自不同光源的两束白光，例如两束手电筒光照射在同一区域内，是不能产生干涉图样的，这是由于（A）白光是由不同波长的光构成的（B）两光源发出不同强度的光（C）两个光源是独立的，不是相干光源（D）不同波长的光速是不同的[ ] 答案：（C）题号：40612002分值：3分难度系数等级：2有三种装置(1)完全相同的两盏钠光灯, 发出相同波长的光，照射到屏上；(2)同一盏钠光灯，用黑纸盖住其中部将钠光灯分成上下两部分同时照射到屏上；(3)用一盏钠光灯照亮一狭缝，此亮缝再照亮与它平行间距很小的两条狭缝，此二亮缝的光照射到屏上；以上三种装置,能在屏上形成稳定干涉花样的是：(A) 装置(3) (B) 装置(2)(C) 装置(1)(3) (D) 装置(2)(3)[ ]答案：（A）题号：40611003分值：3分难度系数等级：1对于普通光源，下列说法正确的是：（A）普通光源同一点发出的光是相干光（B）两个独立的普通光源发出的光是相干光（C）利用普通光源可以获得相干光（D）普通光源发出的光频率相等[ ] 答案：（C）题号：40614004分值：3分难度系数等级：4在双缝干涉实验中，用单色自然光在屏上形成干涉条纹。

若在两缝后放一个偏振片，则（A）干涉条纹间距不变，且明纹亮度加强(B）干涉条纹间距不变，但明纹亮度减弱（C）干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱（D）无干涉条纹[ ] 答案：（B）题号：40611005分值：3分难度系数等级：1杨氏双缝干涉实验是：(A) 分波阵面法双光束干涉(B) 分振幅法双光束干涉(C) 分波阵面法多光束干涉(D) 分振幅法多光束干涉[ ] 答案：（A）判断102. 判断题：题号：40621001分值：2分难度系数等级：1光波振动的量是电场强度E和磁场强度H，起光作用的主要是电场强度。