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1.4 干可见度 时间、空间相干性

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光的干涉定律

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。

光学教案第1篇

光学教案第1篇

泰山学院物理与电子工程学院教案教研室电光原教研室任课班级 2011物理学专业学生人数 37教师闫专怀泰山学院物理与电子工程学院教案电光原教研室教师姓名：闫专怀年月日泰山学院物理与电子工程学院教案电光原教研室教师姓名：闫专怀年月日教学进程与内容波动的独立性、叠加性和相干性1.1.1电磁波的传播速度和折射率光是某一波段的电磁波，光在真空中的传播速度。

在介质中的速度为为介质的相对介电系数，为相对磁导率．透明介质的折射率：1.1.2 光的强度对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度E，所以我们说光波中的振动矢量通常指的是电场强度E．可见光谱波长390nm——760nm频率×1014Hz——×1014Hz光的强度：1.1.3 机械波的独立性和叠加性1.1.4 干涉现象是波动的特性1.1.5 相干与不相干叠加相位差平均相对强度教学后记rrvcnμε==2AI=1、非相干叠加：随机变化，2、相干叠加：恒定，注：振动的瞬时值都直接叠加．差别仅表现在最后的平均值上（平均相对强度）．四、光的相干条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定由单色波叠加所形成的干涉图样1.2.1位相差和光程差光程：光在媒质中通过的几何路程与媒质折射率的乘积；光程差：， k为波数。

1.2.2 干涉图祥的形成泰山学院物理与电子工程学院教案电光原教研室教师姓名：闫专怀年月日教学进程与内容泰山学院物理与电子工程学院教案电光原教研室教师姓名：闫专怀年月日教学进程与内容干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性1.4.1 干涉条纹的可见度1、定义可见度当(暗条纹全黑)时，,条纹的反差最大,清晰可见．当时,,条纹模糊不清，甚至不可辨认．1.4.2 光源的非单色性对干涉条纹的影响以杨氏干涉实验为例，在波长与内各种波长的干涉条纹的相干叠加,仅有零级条纹是完全重合在一起的,其它各级条纹不再重合,极大值位置的范围由明条纹宽度：确定，随着干涉级的提高，同一级干涉条纹的宽度增大,干涉条纹的可见度便相应地降低．当波长为的第j级与波长为的第(j+1)级条纹重合时,条纹的可见度降为零,无法观察到条纹。

光学教程第三版(姚启钧著)课后题答案下载

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光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案下载《光学教程》以物理光学和应用光学为主体内容。

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第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统;第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性及光与物质的相互作用，并结合介绍了DWDM、双光子吸收、Raman放大、光学孤子等相关领域的应用和进展。

第9章则专门介绍航天光学遥感、自适应光学、红外与微光成像、瞬态光学、光学信息处理、微光学、单片光电集成等光学新技术。

绪论0.1光学的研究内容和方法0.2光学发展简史第1章光的干涉1.1波动的独立性、叠加性和相干性1.2由单色波叠加所形成的干涉图样1.3分波面双光束干涉1.4干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性1.5菲涅耳公式1.6分振幅薄膜干涉(一)——等倾干涉1.7分振幅薄膜干涉(二)——等厚干涉视窗与链接昆虫翅膀上的彩色1.8迈克耳孙干涉仪1.9法布里一珀罗干涉仪多光束干涉1.10光的干涉应用举例牛顿环视窗与链接增透膜与高反射膜附录1.1振动叠加的三种计算方法附录1.2简谐波的表达式复振幅附录1.3菲涅耳公式的推导附录1.4额外光程差附录1.5有关法布里一珀罗干涉仪的(1-38)式的推导附录1.6有同一相位差的多光束叠加习题第2章光的衍射2.1惠更斯一菲涅耳原理2.2菲涅耳半波带菲涅耳衍射视窗与链接透镜与波带片的比较2.3夫琅禾费单缝衍射2.4夫琅禾费圆孔衍射2.5平面衍射光栅视窗与链接光碟是一种反射光栅2.6晶体对X射线的衍射视窗与链接与X射线衍射有关的诺贝尔奖附录2.1夫琅禾费单缝衍射公式的推导附录2.2夫琅禾费圆孔衍射公式的推导附录2.3平面光栅衍射公式的推导习题第3章几何光学的基本原理3.1几个基本概念和定律费马原理3.2光在平面界面上的反射和折射光导纤维视窗与链接光导纤维及其应用3.3光在球面上的反射和折射3.4光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念3.5薄透镜3.6近轴物近轴光线成像的条件3.7共轴理想光具组的基点和基面视窗与链接集成光学简介附录3.1图3-6中P1和JP1点坐标的计算附录3.2棱镜最小偏向角的计算附录3.3近轴物在球面反射时物像之间光程的计算附录3.4空气中的厚透镜物像公式的推导习题第4章光学仪器的基本原理4.1人的眼睛4.2助视仪器的放大本领4.3目镜4.4显微镜的放大本领4.5望远镜的放大本领视窗与链接太空实验室——哈勃太空望远镜 4.6光阑光瞳4.7光度学概要——光能量的传播视窗与链接三原色原理4.8物镜的聚光本领视窗与链接数码相机4.9像差概述视窗与链接现代投影装置4.10助视仪器的像分辨本领视窗与链接扫描隧显微镜4.11分光仪器的色分辨本领习题第5章光的偏振5.1自然光与偏振光5.2线偏振光与部分偏振光视窗与链接人造偏振片与立体电影5.3光通过单轴晶体时的双折射现象5.4光在晶体中的波面5.5光在晶体中的传播方向5.6偏振器件5.7椭圆偏振光和圆偏振光5.8偏振态的实验检验5.9偏振光的干涉5.10场致双折射现象及其应用视窗与链接液晶的电光效应及其应用5.11旋光效应5.12偏振态的矩阵表述琼斯矢量和琼斯矩阵附录5.1从沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光夹角公式(5-15)的推导习题第6章光的吸收、散射和色散6.1电偶极辐射对反射和折射现象的解释6.2光的吸收6.3光的散射视窗与链接光的散射与环境污染监测6.4光的色散6.5色散的经典理论习题第7章光的量子性7.1光速“米”的定义视窗与链接光频梳7.2经典辐射定律7.3普朗克辐射公式视窗与链接xx年诺贝尔物理学奖7.4光电效应7.5爱因斯坦的量子解释视窗与链接双激光束光捕获7.6康普顿效应7.7德布罗意波7.8波粒二象性附录7.1从普朗克公式推导斯忒藩一玻耳兹曼定律附录7.2从普朗克公式推导维恩位移定律习题第8章现代光学基础8.1光与物质相互作用8.2激光原理8.3激光的特性8.4激光器的种类视窗与链接激光产生106T强磁场8.5非线性光学8.6信息存储技术8.7激光在生物学中的应用视窗与链接王淦昌与惯性的束核聚变习题主要参考书目基本物理常量表习题答案1.阳光大学生网课后答案下载合集2.《光学》赵凯华钟锡华课后习题答案高等教育出版社3.光学郭永康课后答案高等教育出版社4.阳光大学生网课后答案下载求助合集。

时空相干性

时空相干性

可见度与相干光波的相对强度、光源的大小和单色性有关。 1、两相干光的强度对干涉条纹可见度的影响 I I1 I 2 2 I1I 2 cos 对理想的单色点光源 I I1 I 2 ① I1 I 2 4I1
A1 2 A ( A1 A2 ) 2 ( A1 A2 ) 2 2 A1 A2 2 2 2 2 2 2 ( A1 A2 ) ( A1 A2 ) ( A1 A2 ) A1 1 A 2
相干长度coherentlength由光源的单色性决定的产生可见度不为零的干涉条纹的最大光程差是光源单色性的量度决定了产生干涉现象的最大光程差
§3—5 干涉条纹的可见度 时间相干性和空间相干性 一、干涉条纹的可见度 2 I ( A A ) I I max 1 2 max min 定义： V 2 I ( A A ) I max I min min 1 2
y
y
d
-1N 0M 0N 0L +1L
y
y
单色光相邻 两条纹间距
单色光源 r1 L b0 / 2 M r
2
b0 计算如下：
d
x r1

r
·
r2
0
+1L △y / 2
此时L点的一 级明纹的极大 在 M 点的一级 极小 y
y 处 2
r
L点一级明纹：(r2 r2 ) (r1 r1) r r
2 I1I 2 I I 0 2 I1I 2 cos I 0 (1 cos ) I 0 (1 V cos ) I0
可见度差 Imin (V < 1) -4 -2 0 2 4
Imax
2

介绍光的极化和相干性现象

介绍光的极化和相干性现象

介绍光的极化和相干性现象光是一种波动现象，它在传播过程中常常会发生极化和相干性现象。

在这篇文章里，我将会向大家介绍一下关于光的极化和相干性的相关概念以及它们在实际应用中的作用。

一. 光的极化现象极化是指光波中的电磁波在某一特定方向上产生振动的现象。

当光在通过某些介质时，会发生极化现象。

这种现象可根据电磁波振动的方向进行分类。

一般来说，有两种主要的极化方式：线性极化和圆极化。

1. 线性极化线性极化是指电磁波振动沿着一个特定方向上的极化。

这个方向可以是任何方向。

当光通过一个线性极化器时，只有与它的方向成90度角的方向才能够透过去。

这种现象在太阳眼镜和3D电影中经常表现出来。

2. 圆极化圆极化是一种较为有趣的现象，它指的是电磁波沿着一个特定方向振动，成像一个螺旋状。

这种现象可以分为左旋和右旋。

这种现象在医学成像和光学工业中都有广泛的应用。

二. 光的相干性现象相干性是一种关于光波的强度和频率的概念。

当两个光波是相干的时，它们的波峰和波谷会以完美的对齐方式出现，形成一个稳定的波形。

这种现象在光学测量中常常被用来精确测量长度和重量。

1. 空间相干性空间相干性是指两个垂直放置的光源所产生的光波之间的相干性。

当这些光波相遇时，它们相互干涉，形成新的光相干波。

这种现象经常用于干涉测量和激光器的制造工业。

2. 时间相干性时间相干性是指同一个光源发射出的两个光波之间的相干性。

当这些光波相遇时，它们也会相互干涉，形成新的光相干波。

这种现象在数字通信和激光干涉仪等领域有着很广泛的应用。

总之，光的极化和相干性现象对于现代科技的发展和应用有着重要的作用。

通过深入了解其中的原理和特点，在实际工作中才能更好地应用这些现象，创造更多的新技术和新应用。

空间相干性

空间相干性


An

t-
R1n ν

e-i2πv t- R1n R1n
v
u2 t

An

t-
R2n ν

e-i2πv t- R2 n R2n
v
p1、 p2 两点的互强度为J12
JP1,P2 u1tu*2 t

n
由于各种线宽加宽效应，使得单纵模激光具有一定的谱宽。 （He-Ne激光器其谱宽约为106Hz）
（2）很多激光器都输出多纵模，其产生的广场可表示为：
N
μt Ai cos2πvit-φi t i 1
即使对多纵模的激光，其频谱任很窄。
普通单色光源的谱线宽度的数量级为千分之几纳米到几纳米，而 激光的谱线宽度只有10-9nm甚至更小，因此，激光的时间相干 性要远远优于普通单色光源。
0 21
1
2 j 1
2
2 j
时 干涉相长 亮纹 时 干涉相消 暗纹
2 其中j 0,1,2,3
扩展光源
用互强度J12和复相干因子说明扩展光源的 空间相干性。
p1、 p2 两点的总光强为
u1t u1n t，u 2 t u2n t
n
n
其中 u1 t
例如：
(1)
双缝干涉，对光源的要求是 D2 它限制了光源的有效使用面积。
λ2
R2 b2
(2)
等厚干涉，对光源的要求是 限制了光源的尺寸。
θ1

1 2n0
nλ h
注意：平行光入射的等厚干涉观察装置中，对光
源的允许尺寸是：
f nλ
D允许 2 fθ1 n0 h

2023年大学_光学教程第三版(姚启钧著)课后题答案下载

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2023年光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案下载2023年光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案下载本教程以物理光学和应用光学为主体内容。

第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统;第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性及光与物质的相互作用，并结合介绍了DWDM、双光子吸收、Raman放大、光学孤子等相关领域的应用和进展。

第9章则专门介绍航天光学遥感、自适应光学、红外与微光成像、瞬态光学、光学信息处理、微光学、单片光电集成等光学新技术。

光学教程第三版（姚启钧著）：内容简介绪论0.1 光学的研究内容和方法0.2 光学发展简史第1章光的干涉1.1 波动的独立性、叠加性和相干性1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样1.3 分波面双光束干涉1.4 干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性 1.5 菲涅耳公式1.6 分振幅薄膜干涉(一)——等倾干涉1.7 分振幅薄膜干涉(二)——等厚干涉视窗与链接昆虫翅膀上的彩色1.8 迈克耳孙干涉仪1.9 法布里一珀罗干涉仪多光束干涉1.10 光的干涉应用举例牛顿环视窗与链接增透膜与高反射膜附录1.1 振动叠加的三种计算方法附录1.2 简谐波的表达式复振幅附录1.3 菲涅耳公式的推导附录1.4 额外光程差附录1.5 有关法布里一珀罗干涉仪的(1-38)式的推导附录1.6 有同一相位差的多光束叠加习题第2章光的衍射2.1 惠更斯一菲涅耳原理2.2 菲涅耳半波带菲涅耳衍射视窗与链接透镜与波带片的比较2.3 夫琅禾费单缝衍射2.4 夫琅禾费圆孔衍射2.5 平面衍射光栅视窗与链接光碟是一种反射光栅2.6 晶体对X射线的'衍射视窗与链接与X射线衍射有关的诺贝尔奖附录2.1 夫琅禾费单缝衍射公式的推导附录2.2 夫琅禾费圆孔衍射公式的推导附录2.3 平面光栅衍射公式的推导习题第3章几何光学的基本原理3.1 几个基本概念和定律费马原理3.2 光在平面界面上的反射和折射光导纤维视窗与链接光导纤维及其应用3.3 光在球面上的反射和折射3.4 光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念 3.5 薄透镜3.6 近轴物近轴光线成像的条件3.7 共轴理想光具组的基点和基面视窗与链接集成光学简介附录3.1 图3-6中P1和JP1点坐标的计算附录3.2 棱镜最小偏向角的计算附录3.3 近轴物在球面反射时物像之间光程的计算附录3.4 空气中的厚透镜物像公式的推导习题第4章光学仪器的基本原理4.1 人的眼睛4.2 助视仪器的放大本领4.3 目镜4.4 显微镜的放大本领4.5 望远镜的放大本领视窗与链接太空实验室——哈勃太空望远镜4.6 光阑光瞳4.7 光度学概要——光能量的传播视窗与链接三原色原理4.8 物镜的聚光本领视窗与链接数码相机4.9 像差概述视窗与链接现代投影装置4.10 助视仪器的像分辨本领视窗与链接扫描隧显微镜4.11 分光仪器的色分辨本领习题第5章光的偏振5.1 自然光与偏振光5.2 线偏振光与部分偏振光视窗与链接人造偏振片与立体电影 5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象 5.4 光在晶体中的波面5.5 光在晶体中的传播方向5.6 偏振器件5.7 椭圆偏振光和圆偏振光5.8 偏振态的实验检验5.9 偏振光的干涉5.10 场致双折射现象及其应用视窗与链接液晶的电光效应及其应用5.11 旋光效应5.12 偏振态的矩阵表述琼斯矢量和琼斯矩阵附录5.1 从沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光夹角公式(5-15)的推导习题第6章光的吸收、散射和色散6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释6.2 光的吸收6.3 光的散射视窗与链接光的散射与环境污染监测6.4 光的色散6.5 色散的经典理论习题第7章光的量子性7.1 光速“米”的定义视窗与链接光频梳7.2 经典辐射定律7.3 普朗克辐射公式视窗与链接诺贝尔物理学奖7.4 光电效应7.5 爱因斯坦的量子解释视窗与链接双激光束光捕获7.6 康普顿效应7.7 德布罗意波7.8 波粒二象性附录7.1 从普朗克公式推导斯忒藩一玻耳兹曼定律附录7.2 从普朗克公式推导维恩位移定律习题第8章现代光学基础8.1 光与物质相互作用8.2 激光原理8.3 激光的特性8.4 激光器的种类视窗与链接激光产生106T强磁场8.5 非线性光学8.6 信息存储技术8.7 激光在生物学中的应用视窗与链接王淦昌与惯性的束核聚变习题主要参考书目基本物理常量表光学教程第三版（姚启钧著）：目录点击此处下载光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案。

干涉条纹的可见度 光波的时间相干性

干涉条纹的可见度 光波的时间相干性

r0 y j ( ) j d
合成光强
- (/2) + (/2)
0 0 11 2 2 3 3 4 45 56
j 1 j
j
干涉条纹的可见度Ｖ→０
x
与此干涉级 j 对应的光程差是实现相干叠加的最大光程差：
2 max j , 定义：由光的单色性所决定的能产生干涉条纹的最大光程差
z
Ap 2
Ap 2
2 sin i2 cos i1 Ap1 sin( i1 i2 ) cos(i1 i2 )
二. 半波损失的解释
1. 劳埃德镜实验中 的半波损失
As1 sin( i1 i2 ) As1 sin( i1 i2 )
2. 维纳驻波实验中的半波I A12 A2 2 A1 A2 cos
2 A1 A2 ( A1 A2 ) ,V 2 2 A1 A2
2
I1 I 2 ( I1 I 2 )V cos
令I1 I 2 I 0
I 0 (1 V cos ) ——双光束干 涉光强分布表达式
§1-4 干涉条纹的可见度 *时间相干性和空间 相干性
一、干涉条纹的可见度(对比度或反衬度)
1. 定义： 2. 讨论：
I max I min V I max I min
当Imin=0时（暗纹全黑），V=1，最清晰；
当Imax=Imin时，V=0，不可辨认；
两列光相干叠加时， I max ( A1 A2 ) , I min
As1
As1
Ap1
i1 i1
A 1 p
n1
x
n2
i2 A s2

时间空间相干性

时间空间相干性
时间间相干性
•
波传播时间差有关的，不确定的位相差导致的，只有传播时间差在 一定范围内的波才具有相对固定的位相差从而相干的特性叫波的时间 相干性。 • 时间相干性的产生 • 时间相干性与源的单色性直接相关。例如光波，假设光源发出的 波频率在ω1-ω2的范围内。由不同传播路径传播至同一点的两路光波 具有与频率有关的相位差。在无色散的情况下，不同频率的光波的光 程差L是一定的，而位相差等于2πL/λ。只有L=0，也就是无光程差为 零的时候，位相差才与波长或者说频率没有关系。频率为ω1的光波 的位相差与频率为ω2的位相差之差为2πL/λ1-2πL/λ2=2πL∆λ/λ^2。而 频率在此之间的光波的位相差之差在0到这个值之间。最终的光场是 各频率光各自的相干结果的非相干叠加。当2πL∆λ/λ^2远远大于1时， 非相干叠加就会使得干涉条纹消失。
• 波在空间不同区域可能具有不固定的相位 差，只有在一定空间范围内的光波才有相 对固定的位相差，使得只有一定空间内的 光波才是相干的。这种特性叫做波的空间 相干性。
• 扩展光源的空间相干性 如图，设扩展光源上不同的点发出的光是不相干的。扩展光源上不同的 两点a和b发出的光波在距离为z处的两个点A,B处的位相差是不一样的, 相差2πdD/λz。a,b之间发出的光波在A,B两个点的位相差与a点发出 的光在A,B的位相差之差在0到2πdD/λz之间。由AB两处的光波作为次 波源相干而成的光相当于由光源S上不同点的发出光在AB两处的光场 产生的干涉光的非相干叠加。如果dD/λz远大于1，那么非相干叠加就 会使得每个干涉光产生的条纹完全抵消，最终看不见干涉条纹。对于 已知形状的均匀光源，可以严格积分出抵消程度与dD/λz的关系。因 此，空间相干性又可以用于测量光源大小。

光的干涉现象与空间相干性

光的干涉现象与空间相干性

光的干涉现象与空间相干性光的干涉现象是光学中的一个重要现象，它揭示了光波的波动性质和波动光学的基本原理。

而干涉现象的产生与光的空间相干性密切相关。

本文将从光的干涉现象和空间相干性两个方面进行探讨。

一、光的干涉现象光的干涉现象是指两束或多束光波相互叠加而产生的干涉条纹。

干涉现象的产生需要满足两个条件：一是光源必须是相干光源，即光源发出的光波的频率和相位保持稳定；二是光波必须是相干光波，即光波的相位关系满足一定条件。

在干涉现象的实验中，常用的装置有杨氏双缝干涉装置和迈克尔逊干涉仪。

杨氏双缝干涉装置由一块屏幕上有两个狭缝的光源和一个屏幕组成。

当光通过两个狭缝后，会形成一系列明暗相间的干涉条纹。

迈克尔逊干涉仪则是利用半反射镜和全反射镜的干涉效应来观察干涉条纹。

干涉现象的产生可以解释为光波的叠加效应。

当两束光波相遇时，它们的振幅会相互叠加，形成新的波面。

如果两束光波的相位差为整数倍的波长，它们的振幅将增强，形成明亮的干涉条纹；如果相位差为半波长的奇数倍，它们的振幅将相互抵消，形成暗淡的干涉条纹。

二、空间相干性空间相干性是指光波在空间上保持相位关系的性质。

在光学中，空间相干性是光的相干性的一种表现形式。

相干性是指两个或多个光波的相位关系保持稳定的性质。

空间相干性可以通过干涉实验来验证。

在干涉实验中，如果两束光波的相干时间长，它们的相位关系将保持稳定，干涉条纹将清晰可见；如果相干时间短，光波的相位关系将不稳定，干涉条纹将模糊不清。

空间相干性与光的波长和光源的发散性有关。

光的波长越短，空间相干性越好，干涉条纹越清晰；光源的发散性越小，空间相干性越好，干涉条纹越清晰。

因此，使用单色光源和点光源可以提高干涉实验的分辨率。

三、光的干涉现象与空间相干性的应用光的干涉现象和空间相干性在科学和技术领域有着广泛的应用。

其中最重要的应用之一是干涉测量技术。

干涉测量技术是一种非接触式的测量方法，可以精确测量物体的形状、表面粗糙度和位移等参数。

1.4 干涉条纹的可见度,光波的时间相干性和空间相干性

1.4 干涉条纹的可见度,光波的时间相干性和空间相干性
r0 ( y y ) j j ( ) d
r0 r0 ( j 1) j ( ) d d
即j
S1 S2
j+1级 j级 j-1级
y j 1 ( y y ) j
当波长为 + 的第j 级与 的第j +1级条纹 重合时，可见度降为零，无法观察到条纹
可见度下降。 为什么是非相干叠加？
以杨氏实验为例
设光源的波长为
对
，其波长范围为
,j 级亮纹的位置为 r0 y j d
对 ,j 级亮纹的位置为
r0 y y j ( ) d
则第j 级明条纹的宽度为
r0 y j d
第j 级明条纹的宽度为
对于持续时间为光程对于有一定波长范围的非单色光源波列的长至少应等于最大光程差才有可能观在这个时间内传到p点的两列波具有相干性否则不具有相干性称该光波场具有时间相干性相干时间144光源的线度对干涉条纹的影响在前面的讨论中我们采用的是点光源或线光源但实际上光源总是具有一定的宽度的我们可以把它看成由很多线光源构成各个线光源在屏幕上形成各自的干涉花样这些干涉花样具有一定的位移位移量的大小与线光源到s的距离有关这些干涉花样的非相干叠加使总的干涉花样模糊不清甚至会使干涉条纹的可见度降为零
对于有一定波长范围的非单色光源，波列的长 度 L 至少应等于最大光程差 max ，才有可能观 j 察到 级以下的干涉条纹，由此可得
0
L0 max
L0 2 2 , 0 c c
（相干时间）
在这个时间内传到p点的两列波具有相干性，否则， 不具有相干性，称该光波场具有时间相干性
严格的单色光是具有确定的频率和波长的简谐波，它在时 间和空间上都是无始无终的，形成了无限长波列。然而 从微观机制看，实际的光源中的原子或分子等微观客体， 每次发射的光波波列都是有限长的。即使在非常稀薄的 气体中相互作用几乎可以忽略的情况下，它们发射的波 列所持续的时间 也不会超过 10^(-8)秒。 0

论述光的空间相干性和时间相干性

论述光的空间相干性和时间相干性
光波在折射率不均匀的介 质中传播时，会发生折射、 散射等现象，导致空间相 干性减弱。
空间相干性的应用
01
全息成像
利用空间相干性，可以将三维物 体记录在光敏材料上，通过干涉 和衍射再现出物体的三维图像。
02
光学利用空间相干性，可以测量物体 的表面形貌、光学元件的表面质 量等。
在时间相干性中，光波的相位关系随时间变化。 如果两束光波在时间上有确定的相位关系，则 它们是时间相干的。
在空间相干性中，光波在不同空间位置的相互 关系。如果一束光波在不同空间位置具有确定 的相位关系，则它是空间相干的。
相干性的重要性
01
02
03
04
相干性是光学现象和光学系统 性能的关键因素，对干涉、衍 射、成像等光学过程有重要影
利用空间相干性，可以对光学信 号进行滤波、调制等处理，提高 信号的质量和传输效率。
03 光的空间相干性的实验验 证
双缝干涉实验
实验装置
实验结果
双缝干涉实验装置包括光源、双缝、 屏幕和测量装置。
如果光源发出的光是相干的，则干涉条 纹清晰可见；如果光源发出的光是不相 干的，则干涉条纹模糊不清或消失。
光计算中的相干性
全息计算
全息技术利用光的干涉和衍射原理， 对数据进行编码和解码。全息计算具 有并行处理和分布式存储的优点，适 用于大规模数据计算。
量子光学计算
量子光学计算利用光的量子相干性， 可以实现更高效和更安全的计算。例 如，量子隐形传态利用了光的空间相 干性，实现了信息的传输和加密。
光信息处理中的相干性
类型
光学滤波器有多种类型，包括干 涉滤波器、吸收滤波器、光学带 通滤波器和光学陷波滤波器等。
应用
在光谱分析、激光雷达、光学通 信和生物医学成像等领域有广泛 应用。

光的干涉干涉条纹的可见度和菲涅耳公式

光的干涉干涉条纹的可见度和菲涅耳公式

正射两种情况下，反射光的振动方向对于入射光的振动
方向都几乎相反，即反射产生半波损失。
＊但是在任何情况下，折射光在折射瞬间电矢量无位相突变，
无半波损失．

4 A1 A2 2 A12 2 A22
2 A1 / A2 1 ( A1 / A2 )2
光学 1.4 干涉条纹的可见度 时间相干性和空间相干性
V 2 A1 / A2 1 ( A1 / A2 )2
讨论：
A1 A2 ,则V 1,可见度最好 A1 0或A2 0,则V 0,可见度最差 其他情况下,V介于1和0之间
Ap1
tan(i1 i2 )
Ap1、Ap1、Ap2和 As1、As1、As2
As2 2 sin i2 cos i1
As1
sin(i1 i2 )
Ap2
2 sin i2 cos i1
Ap1 sin(i1 i2 ) cos(i1 i2 )
光学
1.5 菲涅耳公式
二、半波损失的解释 1、掠入射（洛埃镜）
d'0 则是要看见干涉条纹时扩展光源的最大线度，称为临界宽度， 超过此宽度的扩展光源则无干涉条纹。
普通光源的宽度越小，可见度越高。这也就是分波面法干涉 一类的双光束干涉装置必须采用点、缝光源的原因。
为了获得清晰的干涉条纹，光源宽度一般限制在临界宽度 的四分之一。
由上式可以看到，减小两缝之间的距离d，则 d'0就大， 即：用更宽的光源也可以看到干涉条纹。
光学 1.4 干涉条纹的可见度 时间相干性和空间相干性
五、空间相干性
公式
d '0

r'0 d
1
决定了杨氏干涉装置的参数。对给定的扩展光源（线度 d'0 ），则双孔或双缝间最大距离dmax由上式决定，为

论述光的空间相干性和时间相干性PPT课件

论述光的空间相干性和时间相干性PPT课件
本质：空间相干性源于扩展光源不同部分发光的独立性； 时间相干性源于发光过程在时间上的断续性。
效果：空间相干性表现在光波场的横向，并集中于分波前干涉； 时间相干性表现在光波场的纵向，并集中于分振幅干涉。
结语
数学描述： 空间相干性：相干线度： dc l / b 相干孔径角： / b 相干性反比公式：b
时间相干性
设由分光源S′，S″所发出的单色相干光的平均持续 时间为τ ,则平均波列长度为Lc=cτ ，c为光速。在不 考虑光源线度对干涉条纹清晰度影响的情况下，若光 源S′发出的光传播到光屏EE′上P点所用时间为t1，光 源S″发出的光传播到光屏EE′上P点所用时间为 t1 +Δ t，则当Δ t<τ 时,两列光波在P点能形成干涉条 纹；Δ t越接近于τ ，条纹越不清楚；当Δ t>τ 时，两 列光波位相间无确定关系，不能产生干涉现象。
相干光源：能够观察到干涉条纹的理想光源，是从一 无限小的点光源发出无限长光波列，用光学方法将其分为 两束，再实现同一波列的相遇迭加，能得到稳定的干涉条 纹的光源。
概述
实际的相干光源和理想的相干光源有两点重要的不同， 一是理想相干光源所发出的是无限长光波列，而实际相干 光源所发出的是有限长光波列；二是理想相干光源为一几 何点，而实际相干光源总有一定的线度。因此，我们应注 意以下两方面的问题： (1)由于实际相干光源所发出的光波列为有限长，若两束 光到达观察点的光程差超过一个波列的长度，在该处就不 能实现相干迭加。所以，波列长度和光程差的大小是影响 干涉条纹清晰度的一个重要因素。
概述
(2)由于实际相干光源有一定的线度,即使光源上的每个点 所发出的光都是无限长波列,能保持恒定的位相差而形成 稳定的干涉条纹,但由于光源上不同点发出的光所形成的 干涉条纹分布不同,迭加的结果仍使条纹看不清楚.所以, 光源的线度以及干涉装置的结构,是影响干涉条纹清晰度 的另一个重要因素

光学术语光学名词解释

光学术语光学名词解释

（共158个）1.干涉1. 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜，入射角θo 不变，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。

2. 临界角：光从光密媒质到光媒介质，当入射角大于一特定角度时，没有折射光而被被全 部反射回光密媒质，这一特定角度称为临界角，用c θ 表示，且12n n c =θ3.光波的独立传播定律：两列光比或多列光波在空间相遇时，在交叠区里各自保持自己的振动状态独立传播，互不影响。

4.光源许可宽度：光源临界宽度的四分之一，此时干涉条纹的可见度为0.9。

5.光波叠加原理：光波在相遇点产生的合振动是各个波单独在该点产生的振动的矢量和。

6.驻波：两个频率相同，振动方向相同而传播方向相反的单色光波的叠加将形成驻波。

7.简谐波：波源是简谐振动，波所到之处介质都作同频率同振幅的简谐振动。

8.相干叠加：满足干涉条件波相遇，总振幅是各个波振幅的和。

9.光波的相干条件; 频率相同；存在相互平行的振动分量；出相位差稳定。

10.发光强度：表征辐射体在空间某个方向上的发光状态，体现某一方向上单位立体角内的辐射光通量的大小 单位：次德拉。

11.分波面干涉;将点光源发出的光波波面分成若干个子波面，形成若干个点光源发出的多束相干光波。

12. 分振幅干涉：将一束光波的振幅（能量）分成若干部分，形成若干束相干光波。

13.14.空间相干性：在给定宽度的单色线光源（或面光源）照明的空间中，随着两个横向分布的次波源间距的变化，其相干程度也随之变化，这种现象称为两个横向分布次波源的空间相干性。

15.时间相干性：在非单色点光源照射的光波场中，随着两个纵向分布的次波之间距离或光程差的变化，其相干程度也随之变化，这种现象称为两个纵向分布次波源的时间相干性。

16.牛顿环：曲率半径很大的平凸透镜与玻璃平板之间的薄空气层形成的同心环形等厚条纹。

2几何光学1.1球面镜成像1. 费马原理：光沿光程取平稳值的路径传播。

论述光的空间相干性和时间相干性

论述光的空间相干性和时间相干性

上，而S1在中心轴线外，则每一个光源发出的光经过双缝 论述光的空间相干性和时间相干性
相干光源：能够观察到干涉条纹的理想光源，是从一无限小的点光源发出无限长光波列，用光学方法将其分为两束，再实现同一波列
的相遇迭加，能得到稳定的干涉条纹的光源。
效果：空间后相干，性表各现在自光波形场的成横向一，并套集中干于分涉波前花干涉样； 。这两套干涉条纹互相交替，
长光波列；
所以，波列长度和光程差的大小是影响干涉条纹清晰度的一个重要因素。
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。
相干光源：能够观察到干涉条纹的理想光源，是从一无限小的点光源发出无限长光波列，用光学方法将其分为两束，再实现同一波列
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。
空间相干性：相干线度：
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。
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。
当Δt>τ时，两列光波位相间无确定关系，不能产生干涉现象。
就称为光场的相干面积。
由以上两式可以得出相干性反比公式：
效相果干： 性空反间比纹相公干式分性：表布现在。光波这场的种横向情，并况集中就于分是波前我干涉们； 要讨论的光波长的空间相干性
的问题。 效果：空间相干性表现在光波场的横向，并集中于分波前干涉；
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。
ห้องสมุดไป่ตู้Ac
r 22
A
就称为光场的相干面积。

第一章光的干涉

第一章光的干涉
I A
2
1



0
[ A1 A 2 2 A1 A 2 cos( 1 2 )] dt A1 A 2
2 2 2
2
29
1.3 分波面双光束干涉
二、获得相干光的方法 典型干涉实验
1、获得相干光的方法：
• 一个原则：在任何时刻到达观察点的应该是 同一批原子发射出来，经过不同光程的两列波。 各原子的发光尽管迅速改变，但是任何相位改 变总是同时发生在这两列波上，因而它们到达 同一观察点时总是保持着不变的相位差。 • 两种办法：分波面和分振幅
二、 干涉现象
干涉是波动过程的一个基本特征。凡是能产生干 涉的现象，都可认为该现象具有波动性。
两列或两列以上波叠加，如果两波频率 相同，在观察时间内波动不中断，而且在相 遇处振动方向几乎沿着同一直线，那么它们 叠加后产生的合振动可能在有些地方加强， 在有些地方减弱，这一强度按空间周期性变 化的现象称为干涉。干涉所形成的整个图样 称为干涉图样。 7
则，二列光波在空间叠加后，同一级条纹的空间各点 几何位臵应满足条件：
r2 r1 常数
这些点的轨迹是以S1、S2为轴线的双叶旋转双曲面， S1、S2为双曲面的两个焦点. 23
二．干涉图样的形成
２、两个单色点光源干涉图样的形状
令
整个干涉花样在空 间分布的大致轮廓
双曲面和光屏面的交线
24
2
则 ，合振动平均值达到最大值，称 为干涉相长。（constructive interference）
(2)在相位差为
2 1 ( 2 j 1)

的 奇数 倍。
（j=0, 1, 2, 3, …）
则
I ( A1 A2 )
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即：光程差≥波列长度L时，干涉条纹消失。 光源光场的时间相干性使干涉条纹出现在一定范围内。
2
a ' 、a"属于同一波列； b ' 、b "属于同一波列； 波列a和b无固定相位关系。
可见，波列长度是衡量光源相干性能的一个量， 称之为 相干长度。
¾ 波列通过空间一点持续的时间为：
Δt0
=
L c
相干时间，它是光通过相 干长度所需要的时间。
3
（二）光场的空间相干性 如果光源线度 d0 ' 给定，则
光源临界宽度为：d0 '≤
r0 ' d
λ
d ≤ r0 ' λ d0'
¾ 这是一个衡量光场相干性的量，对于给定光源， 双缝之间距离d 是可产生干涉条纹时双缝的最大间距。
¾ 这种在同一时刻，空间横向两点光振动之间的相干 性， 称为空间相干性，又称横向相干性。
可见度降为零，P点前尚可见干涉条纹，P点后
则无干涉条纹。 中央极大
λ
λ+Δλ
即光源为非单色时，在观察屏上将产生彩色光谱。
j= λ Δλ
干涉条纹可见度降为零时的干涉级。
¾ 与该干涉级对应的光程差为实现相干的最大光程 差δmax，称为相干长度。
∴δ max
≈
λ2 Δλ
(λ >> Δλ)
（二）、光场的时间相干性——从光源的发光机制讨论 1、波列的概念
3、相干长度与光的非单色性的关系
δP < L, 相干 δP ≥ L, 不相干
δ max
≈
λ2 Δλ
¾ 认为光是波列与认为光是非单色的，有相同的干涉图
样，说明两者是相关的。
¾ 认为光是波列时，P点光程差是L。
¾ 认为光是非单色时，P点是λ 的(j+1)级与 (λ + Δλ ) 的
j级极大，光程差是 δmax 。
d0'≤
r0 ' d
λ
×
0.61
¾ 激光具有较好的时间及空间相干性。
作业：66页：4
4
¾ 空间相干性与光源的线度有关，表现为相干点之间 的最大距离 —— 相干面积的直径d.
¾ 由于光源扩展和波列长度有限，使条纹在有些区域 消失，条纹只在一定的区域内可以看到，这种干涉称 之为定域干涉。
¾ 实际光源既不是单色光源，也不是点光源，相干 性就更差。实际的d0'应该比上式所确定的值更小，计 算得条纹消失时的公式应再乘上一个因子0.61：
∴
L
= δmax
=
λ2 Δλ
相干长度：L ≈ λ2 Δλ
相干时间：Δto
=
L c
¾ 单色性好，Δλ 小，相干长度 L 长，条纹就越清晰， 相干时间 Δt0 越长，时间相干性好。
¾ 单色光 (Δλ = 0) 的波列应是无限长的，有限长度的
单色波列不是单色光，是由许多近波长的单色光所组 成，波列反映了光源的非单色性。
即S'处的点光源形成的极大
值的位置下移: r0 d' r0 '
s 同理，S''处的点光源形成的 " 极大值的位置上移: r0 d'
r0 '
∴要看到干涉条纹，δs' − δs
=d d'≤λ r0 ' 2
,
此时 d ' ≤ r0 ' λ 2d
∴ 光源直径临界宽度为：d 0
'
=
2d
'
=
r0 ' d
λ
d↑, 或r0'↓, 或 λ↓时，临界宽度下降。
论可以证明：有限长的波列一定是非单色的，设中心 波长为 λ，波长范围是Δλ。
L、Δλ关系？
（一）、光源的非单色性对干涉条纹的影响
1、当光源中含有波长为 λ 和 λ＋Δλ 两种单色光时 :λ：y极大值源自=r0 djλ
λ + Δλ：
y极大值
=
r0 d
j(λ + Δλ )
条纹间距 Δy = r0 λ d
条纹间距 Δy = r0 (λ + Δλ )
波列 L：由原子发光的持续时间和传播速度确定。
设光源发出一个波列所用的时间为τ，一个波列的
长度为L，则
L=cτ
2、光场的时间相干性
¾ 波列a和b无固定相位关系。 ¾ a ' 、a"属于同一波列； b ' 、b "属于同一波列； ¾ 如果相遇时仍是同一波列，就有干涉条纹， δP < L,
光波场具有时间相干性； ¾ 如果相遇不是同一波列，干涉条纹会消失， δP ≥ L,
d
例：
1
求 λ 的 (j + 1)级极大值与 (λ＋Δλ)的 j 级极大值重合
时(P点)的干涉级 :
j= λ Δλ
yλ极大值
=
r0 d
jλ
j= λ Δλ
例：
2、当光源中含有波长从 λ 到 λ＋Δλ 内所有波长单色光时 : 各级极大值分布范围： r0 jΔλ d
¾ 当干涉级增大到 j = λ 时， Δλ
V = I max − I min I max + I min
对于满足相干条件的两束光，可用光强公式计
算可见度V。
¾
假设
Av 1与
v A
2的夹角为
θ，
则：I = A12 + A22 + 2 A1A2 cosθ cos Δϕ
∴ Imax = A12 + A22 + 2 A1 A2 cosθ
Imin = A12 + A22 − 2 A1 A2 cosθ
§1.4 干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和空间相干性
一、干涉条纹的可见度（对比度、反衬度）
1、可见度定义： 为了描述干涉图样中条纹的强弱对比，即为了描
述干涉条纹的清晰程度，引入可见度的概念。
条纹可见度定义为：V = I max − I min I max + I min
0≤V ≤1
2、双光束干涉条纹的可见度
∴ 条纹要清晰，应使 I1=I2，且使 Av 1和Av 2尽可能平行 ; 若I1和I2相差很多或 Av 1 ⊥ Av 2 ，则可见度很小或者为0。
二、相干长度与光的非单色性的关系 单色光可表示为：E(z,t)=Acos(ωt-kz+ϕ) , 它在
时间和空间上都是无限的。 实际光源发出的光的相干长度L都是有限的，理
∴V
=
2A1A2 cosθ A12 + A22
≤ cosθ
什么时候可见度大呢？
V
=
2 A1A2 cosθ A12 + A22
¾
假设
v A1
//
v A2
时，
则
V
=
2 A1A2 A12 + A22
A1 = A2 时，V = 1, 可见度最大。
A1 << A2 时，V ~ 0，可见度很小； A2 << A1 时，V ~ 0，可见度也很小。
¾ 普通光源中， 氪(Kr86)灯：λ=6057Å， Δλ=0.0047Å，L＝78cm 氦氖激光：λ=6328 Å ， Δλ <10-7Å ，L=40km。
三．光场的空间相干性 （一）光源的线度对干涉条纹的影响
1、单色扩展光源的杨氏干涉条纹
杨氏干涉装置：
s"
光源为单色扩展光源，光源线度为2d'，波列无限长。 S'、S"分别为光源的上、下边缘上的点。