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实验六 杨氏双缝实验一、实验目的1.观察杨氏双缝干涉现象，认识光的干涉。
2.了解光的干涉产生的条件，相干光源的概念。
二、实验原理（一）杨氏双缝实验由光源发出的光照射在单缝S 上，使单缝S 成为实施本实验的缝光源。
在单缝S 前面放置两个相距很近的狭缝S 1和S 2，且S 1和S 2与S 之间的距离均相等。
S 1和S 2是由同一光源S 形成的，满足振动方向相同、频率相同、相位差恒定的相干条件。
故S 1和S 2为相干光源。
当S 1和S 2发出的光在空间相遇，将产生干涉现象，在屏幕P 上将出现明、暗交替的干涉条纹。
1. 分波阵面获得相干光，满足振动方向相同，相位差恒定，频率相同的干涉条件。
2. 干涉明暗条纹的位置P 点处的波程差，12r r -=δ∆，（空气的折射率 n = 1 ） 在 D >>d , D >>x ，即θ 很小时，D xd d d r r =≈≈-=θθδtan sin 12 （其中Dx=θtan ） （1）双缝干涉的明暗纹条纹干涉相消暗纹干涉相长明纹 ,2,1,0,2,1,0)12(==⎩⎨⎧+±±==k k k k x D dλλδ（2）干涉明暗纹的位置,2,1,02)12(,2,1,0=+±==±=k dD k x k d D kx ，暗纹，明纹λλ两相邻明纹或暗纹的间距都是dD x λ=∆ 其它 x 点的亮度介于明纹和暗纹之间，逐渐变化 综上所述，杨氏双缝干涉的特点：（1) 用分振幅法获得相干光，两束光初相位相同，均无半波损失；（2) 干涉明暗纹是等间距分布，相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比，波长越小，条纹间距越小；（3) 若用白光照射，则在中央明纹（白光）的两侧将出现彩色条纹。
（二） 杨氏双缝干涉的光强分布狭缝S 1和S 2发出的光波单独到达屏上任一点B 处的振幅分别为A 1和A 2，光强分别为I 1和I 2，则根据叠加原理，两光波叠加后的振幅为：)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A A两光波叠加后的光强为：)cos(2122121ϕϕ-++=I I I I I其中： λδπϕϕ212=-。
物理实验技术中的光学相干实验方法与技巧光学作为一门古老而又重要的科学，已经为人类的生活和科技发展做出了巨大贡献。
而光学相干实验作为光学研究的一种基础实验方法，具有重要的意义和广泛的应用。
本文将介绍一些光学相干实验的方法与技巧。
光学相干实验的基本原理是利用光波的相干性质，通过干涉与衍射的现象来研究光的特性和性质。
在进行光学相干实验前，我们首先需要准备一些实验器材，如激光器、偏振器、光阑等。
值得注意的是，由于光学相干实验对实验环境的要求较高，因此在实验前需选择一个较为稳定的实验室环境。
在进行光学相干实验时，我们经常会用到一种重要的实验方法，即自发光法。
这种方法通过调整实验条件，使得光源自己发出相干光，从而减少实验过程中可能存在的干扰因素。
例如，在利用干涉仪进行光学相干实验中，我们可以将光源置于一个黑暗的容器中，通过适当的调整，使得光源只发出特定波长的相干光。
这样一来，我们就可以在实验中更准确地研究光波的相干性质。
在进行光学相干实验时，我们还需要注意一些实验技巧。
首先，要避免实验过程中的光波损耗。
光学相干实验中，往往需要将光波引入到某个光学元件中，因此光波的损耗会直接影响实验结果的准确性。
为了避免这一问题，我们可以采用低损耗的光纤或反射镜等器材，减小光波的传输损耗。
其次，要合理选择光学元件的位置和角度。
实验中，各个光学元件的位置和角度的微小变化都可能对实验结果产生影响。
因此，在进行光学相干实验时，我们需要通过仔细调整光学元件的位置和角度，使得光波可以准确地通过或反射。
这样一来，我们就能够获得更准确的实验结果。
最后，要注意实验环境的干扰因素。
光学相干实验对实验环境的要求较高，因此我们在进行实验前要尽量避免一些可能引起实验干扰的因素。
例如，我们可以将实验器材放置在一个稳定的平台上，避免来自地震或其他振动的干扰；另外，我们还可以在实验室中设置一些吸收和隔离装置，减小外界光线的影响。
总结来说，在物理实验技术中的光学相干实验方法与技巧方面，我们需要注意实验器材的准备、实验方法的选择以及实验技巧的掌握。
图1 高斯光束整形为均匀光束图2 微透镜阵列匀光原理当前主流的匀光方案是采用微透镜阵列进行匀光，其匀光的基本原理是：将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分，每一部分被相应的小透镜聚焦在焦平面上，光斑进行重叠，从而实现在特定区域将光匀化，对激光束精确整形。
如图2其对于非相干光源，可以达到很好的匀光效果，但是对于强相干光源，其干涉效应会非常明图3 强相干光源下的干涉、衍射效应采用传统的微透镜阵列匀光方案，在匀光过程中干涉严重影响光束的均匀性，所以在光学系统中需要消除干涉。
上海市发展和改革委员会（XA4300089-2017-604）先进封装光刻机产业化课题。
徐建旭，上海微电子装备（集团）有限公司，研究方向：光束整形。
1.2 消相干分析针对干涉产生的不同原因，可以采用不同的方法消相干。
常用的方法有三种：1）方法一、光学系统中不引入产生干涉的因素，如非球面匀光整形，如图5[1]。
此种方法适合光束质量较好（ M2约为1）的情况下，匀光质量好，缺点是实际输入必须与设计输入严格匹配才能得到较好的匀光效果。
（2）方法二、采用快速旋转散射片，改变时间分布，实现消干涉。
如图6[2]。
因旋转散射片的速度限制，此方法不适用于脉冲持续时间较短的超短脉冲光源。
3）方法三、采用光程差大于相干长度消干涉。
如图7[2]，图8原理是：能够产生干涉现象的最大光程差称为相干长度，当光程差大于相干长度时，在同一个区域，不同级次的明暗条纹互相叠加，从而分辨不出条纹，也就没有干涉现象了。
2 相干长度测试光束的时间相干性，通常是用相干长度来描述的。
相干长度在实验上，可以通过迈克尔逊干涉仪来测量。
干涉条纹的可见度可定义为式（1），相干长度是干涉条纹的可见度减为0.707时对应的光程差，一般认为条纹可见度下降到0.707时，两光束就不再相干，若条纹可见度维持在0.707以上，即认为两光束完全相干[3]。
两束光的相干区域随着光程差的改变而周期性出现，相干长度也随着光程差的改变呈周期。
双光梳光谱测量技术汤璐璐，顾澄琳*，罗大平，邓泽江，潘海峰，李文雪（华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062）摘要：双光梳光谱技术是一种先进的精密光谱测量技术，具有高分辨力、高频率精度、快速测量和宽带光谱覆盖等优点，已在光谱激光雷达、温室气体监测、燃烧诊断等测量领域中广泛应用。
关于双光梳光谱的新原理、新方案和新技术不断涌现，因此有必要对其发展现状进行梳理和总结。
本文详细地阐述了双光梳光谱技术的原理和性能指标，分析对比了光频参考、电光调制、单腔双光梳和光调制四种典型双光梳光谱测量系统的实验方案和优势，同时具体分析了双光梳光谱技术在工作波段拓展方向的发展现状，最后对双光梳光谱系统的发展趋势和应用前景进行了总结和展望，为双光梳光谱技术在全波段光谱测量和多场景应用中的进一步提升提供参考。
关键词：双光梳光谱技术；光学频率梳；激光光谱学；精密测量；非线性频率准换中图分类号：TB96 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）03-0017-12Dual⁃comb spectroscopy technologyTANG Lulu, GU Chenglin*, LUO Daping, DENG Zejiang, PAN Haifeng, LI Wenxue(State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China) Abstract: Dual⁃comb spectroscopy (DCS) is an advanced precision spectral measurement tool with high resolution, high frequency accuracy, rapid measurement speed, and broad bandwidth. Thus, it has been widely used in many fields such as spectral lidar, green⁃house gas monitoring, and combustion diagnosis. As new principles, new schemes and new technologies of dual⁃comb spectroscopy are emerging, it is necessary to sort out and summarize their current development status. In this paper, the principles and technical perfor⁃mance indexes of dual⁃comb spectroscopy are introduced, and the experimental schemes and advantages of four typical DCS measure⁃ment systems are analyzed and compared, including optical frequency reference, electro⁃optical modulation, single⁃cavity dual⁃comb, and optical⁃optical modulation. Meanwhile, the development status of dual⁃comb spectroscopy in the expansion of the operating band is analyzed. Finally, the development trend and application prospects of DCS systems are summarized and prospected, which can provide a reference for further improvement of dual⁃comb spectroscopy in full⁃band spectral measurements and multi⁃scene applications.Key words: dual⁃comb spectroscopy technology; optical frequency comb; laser spectroscopy; precision measurement; nonlinear frequency conversion0 引言光学频率梳（简称“光频梳”）的发明，不仅补全了光学原子钟所需的连接微波频率和光学频率的齿轮，同时为传统的精密分子光谱学带来了高分辨力、高精度和快速宽带光谱测量的新手段［1-3］。
一、简答题1、怎样判定一个振动是否简谐振动？写出简谐振动的运动学方程和动力学方程。
答案：物体在回复力作用下，在平衡位置附近，做周期性的线性往复振动，其动力学方程中加速度与位移成正比，且方向相反:x dtx d 222ω-= 或：运动方程中位移与时间满足余弦周期关系:)cos(φω+=t A x2,指出在弹簧振子中，物体处在下列位置时的位移、速度、加速度和所受的弹性力的数值和方向：(1) 正方向的端点；(2) 平衡位置且向负方向运动；(3) 平衡位置且向正方向运动；(4) 负方向的端点.答：(1)位移为A ，速度为0，加速度为2ωA -，力为kA -。
（2）位移为0，速度为ωA -，加速度为0，力为0。
（3）位移为0，速度为ωA ，加速度为0，力为0。
（4）位移为A -，速度为0，加速度为2ωA ，力为kA 。
3、什么是波动? 振动和波动有什么区别和联系?答：波动一般指振动在介质中的传播。
振动通常指一个质点在平衡位置附近往复地运动，波动是介质中的无数个质点振动的总体表现。
4. 驻波是如何形成的？驻波的相位特点什么？答案：驻波是两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成。
驻波的相位特点是：相邻波节之间各质点的相位相同，波节两边质点的振动有π的相位差。
5. 惠更斯原理的内容是什么？利用惠更斯原理可以定性解释哪些物理现象？ 答案：介质中任一波振面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包络面就是该时刻的波振面。
利用惠更斯原理可以定性解释波的干涉、衍射反射和折射现象。
6、相干光产生的条件是什么? 获得相干光的方法有几种? 分别是什么?答：相干光产生的条件：两束光频率相同，振动方向相同，相位差恒定 获得相干光的方法有两种，分别是振幅分割法和波阵面分割法。
7、什么是菲涅尔衍射、夫琅禾费衍射，两者的区别是什么？答：菲涅耳衍射：在这种衍射中，光源或显示衍射图样的屏，与衍射孔（或障碍物）之间距离是有限的，若光源和屏都距离衍射孔（或障碍物）有限远，也属于菲涅耳衍射。
