406-光源、光的相干性
波动的相干性和光的相干性
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。
光源的相干性分析与应用—工程光学课程设计正文终稿
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。
光的时间相干性
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。
光源的相干性一
二、空间相干性
3 综合空间相干性 为了综合描述纵向空间相干性和横向空间相干性，将相
干长度和相干面积的乘积定义为一个新的物理量—相干
体积。
V =LA
c c
c
3 c c 2 c ( ) ( )2 2 ( ) 2
c
物理意义：如果要求传播方向上 角之内并具有频带宽
Δθ
二、空间相干性
2 横向空间相干性 在杨氏双缝干涉实验中，宽度为Δx 的光源（A）照 射两对称小孔 S1 、 S2 后，光波场具有明显相干
性的条件为：
x
该式称为空间相干性反比公式，即光源的线度与相
干孔径角的乘积为常数。
二、空间相干性
2 横向空间相干性 得出
2 Ac (x) ( )
根据相干时间tc的定义：在光传播方向上，两个光 波场之间能够相遇的最大时间间隔也就是每列光波 经过P点的持续时间。
P t
一、时间相干性
P ∆t t
P
t ∆t
P
t
∆t
∆t>t，两列光波在传播方向上没有交叠区域； ∆t=t，两列光波在传播方向上首尾相连；
∆t<t，两列光波在传播方向上有交叠区域；
相干时间tc=每列光波经过P点的持续时间
1 纵向空间相干性 根据光谱学中光源单色性参数R的定义：
R
0
1 tc 0
0
得到
R
0
Lc
该式进一步说明了相干时间 t c 和相干长度 Lc 是反映光源单色性物理量。
二、空间相干性
2 横向空间相干性 定义：在与光传播方向垂直的平面上，任意两个 不同点 S1 、 S2 处光波可具有相干性的最大面积， 常用相干面积Ac来进行描述。
光波的相干条件
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
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。
光的干涉和光的相干性 (2)
干涉现象与相干性的区别
干涉现象：光波 叠加后形成的明 暗条纹，是光的 相干性的直接表 现。
相干性：光波之 间的相位差和频 率差，决定了干 涉现象的性质和 强度。
干涉条纹：干涉 现象中形成的明 暗条纹，其宽度 和间距与相干性 有关。
相干性测量：通 过测量干涉条纹 的性质，可以了 解光波的相干性。
干涉与相干性在光学实验中的应用
光的干涉：两束或两束以上的光波在空间相遇时，会发生叠加，形成干涉现象 相干性：光波的相干性是指光波之间的相位差和频率差之间的关系 干涉条件：光的干涉需要满足相干性、频率相同和相位差恒定的条件 干涉图样：干涉现象会产生各种不同的干涉图样，如明暗相间的条纹、彩色的环状等 相干性的影响：相干性的大小会影响干涉图样的清晰度和亮度，相干性越好，干涉图样越清晰，亮度越高
对信息科学的影响
光的干涉和相干性是信息科学的基础理论之一 光的干涉和相干性在光纤通信、激光雷达等领域有广泛应用 光的干涉和相干性研究有助于提高信息传输速度和质量 光的干涉和相干性研究有助于推动量子通信、量子计算等新兴领域的发展
对现代科技发展的贡献
光的干涉和相干性是现代光学技术的基础，如激光、光纤通信等。
干涉现象的应用
光学仪器：如显微镜、望远镜等，利用光的干涉原理提高成像质量
光纤通信：利用光的干涉原理实现高速、大容量的信息传输
激光技术：利用光的干涉原理产生高强度、单色性的激光束 生物医学：利用光的干涉原理进行细胞、组织、器官等的无损检测和治 疗
02 光的相干性
相干性的定义
光的相干性是指两 束光在空间和时间 上的相位差保持恒 定的特性。
两列光波的相位差恒 定
两列光波的振动方向 相同
两列光波的强度相同
干涉现象的分类
光学光的时间空间相干性完美版资料
二其、之光 间源的上(关gu系ā式n傅g立yu表叶án变)的明换非.单，色性光与光源的时的间相单干性色性决定了产生清晰的干涉图样条纹的
最大光程差 （即与光源的光谱宽度成反比） 具体来说，当我们把同一光源发出(fāchū)的光分成两束，然后在空间某一点叠加时，如果可以形成干涉条纹，我们就说着两束光是相干的
x
dx S r
S1
bS
r
d
z
S
S2
r 0
r0
图6.6 扩展光源的相干性
第七页，共10页。
r rd
b d / 2
r0
dbdd2 bd
r0 2r0 r0
略去二阶小量 d 2 2 r 0
当光程(ɡuānɡ chénɡ)差等于半个波长：
bd
r0 2
临界(lín jiè)宽度bc
d max
r0 b
d m a x 表示出了光场中相干范围的横向线度。
b
(14)
(13)
图6.8
第九页，共10页。
4、空间(kōngjiān)相干性
① 定义：光场的空间相干性是描述光场中在光的传播路径 (lùjìng)上空间横向两点在同一时刻光振动的关联程度，所以又 称为横向干性。
(7)
它们(tā men)实际上是分别在时域和频域之间的描述.
相干长度与光谱(guāngpǔ)宽度的 现在从具体的干涉装置中解脱(jiětuō)出来，倒过来的问题是、给定宽度为的面光源，在它照明空间中在波前上多大范围里，提取出来的两
次波源还是相干的？这便是光场的空间相干问题。
关系 它们(tā men)实际上是分别在时域和频域之间的描述.
M 1
M1
ba
光的干涉和光的相干性
干涉现象的产生条件
相干光源：由 同一波源发出 的光被分成两 部分，分别经 过不同的路径
后再次相遇
相干长度：在 一定距离内， 光波的相位差 保持不变，形
成干涉现象
光的干涉条件： 两束光波的频 率相同、振动 方向相同、相
位差恒定
干涉现象：在 相遇处形成明 暗相间的条纹， 增强或减弱的 光强分布不均
匀
干涉现象的分类
的变化情况
实验结果：通 过观察干涉图 样，可以验证 光的干涉现象 和相干性，并 测量光波的波 长和相干长度
等参数。
光的干涉和相干性的理论解释
波动理论对干涉现象的解释
波动理论认为光是一种波，具有干涉现象 干涉现象是两束或多束波在空间相遇时，在某些区域波动增强，在另一 些区域波动减弱的现象 干涉现象的产生需要满足一定的条件，如频率相同、相位差恒定等
波动理论能够解释光的干涉现象，为光的相干性提供了理论基础
波动理论对相干性的解释
添加 标题
波动理论的基本概念：波动是能量在空间中传播的形式，具有振幅、频率和相位等特征。
添加 标题
相干性的定义：相干性是指两个或多个波源产生的波在空间某一点相遇时，它们在相位和振幅上相互关联的 程度。
添加 标题
波动理论对相干性的解释：根据波动理论，当两个或多个波源产生的波在空间相遇时，它们会相互叠加，形 成干涉现象。干涉的结果取决于各个波的相位关系，相干性则决定了干涉现象的明显程度。
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干涉现象与相干性的区别
干涉现象：由于光波的叠加而形成的明暗相间的条纹，与相干性无关。 相干性：光波的振动方向、频率和相位的一致性，是产生干涉现象的必要 条件。 区别：干涉现象是光的波动性的表现，而相干性是描述光波的振动状态。
第1节光源、光的单色性和相干性
合光强 I I1 I 2
非相干迭加
同振向、同频率、位相差恒定的两列光波的迭加：
合光强 I I1 I 2 2 I1I 2 cos
2
1
2
(r2
r1 )
r2 r1 ：光程差
2k ， k 0,1,2， I I1 I 2 2 I1I 2 ，干涉加强
(2k 1) ， k 0,1,2， I I1 I 2 2 I1I 2 ，干涉相消
K
r2
L
r2
r1
2
（2k
k 1）
2
k
0,1,2明纹 k 0,1,2暗纹
S
例：用 0.5893m 的钠光灯做双缝干涉实验
屏与双缝的距离 D 500mm 求：（1） d 1.2mm 和 d 10mm 时，相邻两明纹间距
（2）若相邻两明纹的最小分辨距离为 0.065mm ， d 最大是多大？
只有把同一个波列分割为两个波列让这两个波列在空间相遇
才能获得相干光
分割波列的方法（1）分波面法（2）分振幅法
杨氏双缝干涉是分波面法
2
二、 杨氏双缝干涉 S1 S2 处1 2 相干光 相干光源
P
S1 S
S2
2
1
2
(r2
r1 )
=
2
，
r1
xP
2 2k
S1
r2
N1
d 2
r2 r1 k ， k 0,1,2，明纹 d
三、 光的单色性
包含多种频率的光：复色光
具有单一频率的光：单色光，准单色光， 或 ：谱线宽度
m
2
，
，m
，严格单色光
0 ， m
获得单色光的方法：
论述光的空间相干性和时间相干性
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。
光源相干长度
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。
论述光的空间相干性和时间相干性
τ或LC越大，时间相干性越好，反之就越差。
结语
•
经过以上关于光旳空间相干性和时间性
旳某些简介，我们现在简朴地进行一下归纳总结
分别从下列几种方面讨论一下光旳空间相干性和
时间相干性旳区别。
• 本质：空间相干性源于扩展光源不同部分发光旳
空间相干性
杨氏双缝干涉试验装置
x
z y
空间相干性
双缝间距为d，两个屏间距为r，光波旳波长为 λ，光源在x方向上旳线度为Δx。有下式满足时， 能够出现干涉现象：d<rλ/ Δx。
假如光源在y方向上旳线度为Δy，则光源旳发 光面积为ΔA= Δx×Δy。在光场中与光源相距r处 旳空间有一块垂直于光传播方向旳面积
我们会从光旳干涉效应角度出发分别讨论光旳空间相 干性和光旳时间相干性，简介与其有关旳几种概念。
空间相干性
在杨氏双缝干涉装置中，保持其他不变，而仅仅使光 源S移动，假如有两个点光源S，S1，其中S处于中心轴线 上，而S1在中心轴线外，则每一种光源发出旳光经过双缝 后，各自形成一套干涉把戏。这两套干涉条纹相互交替， 假如一套旳亮条纹恰好处于另一套旳暗条纹位置，干涉条 纹旳反衬度将会大大降低，甚至无法观察到明显旳明暗条 纹分布。这种情况就是我们要讨论旳光波长旳空间相干性 旳问题。
相干光源：能够观察到干涉条纹旳理想光源，是从一 无限小旳点光源发出无限长光波列，用光学措施将其分为 两束，再实现同一波列旳相遇迭加，能得到稳定旳干涉条 纹旳光源。
概述
实际旳相干光源和理想旳相干光源有两点主要旳不同， 一是理想相干光源所发出旳是无限长光波列，而实际相干 光源所发出旳是有限长光波列；二是理想相干光源为一几 何点，而实际相干光源总有一定旳线度。所以，我们应注 意下列两方面旳问题： (1)因为实际相干光源所发出旳光波列为有限长，若两束 光到达观察点旳光程差超出一种波列旳长度，在该处就不 能实现相干迭加。所以，波列长度和光程差旳大小是影响 干涉条纹清楚度旳一种主要原因。
物理光学光的相干性
衍射理论在光学仪器中应用
分辨率限制
衍射现象是光学仪器分辨率限制的主要因素之一。由于光 的波动性，当光通过光学系统时，会发生衍射现象，导致 图像模糊和分辨率降低。
光学系统设计
在光学系统设计中，需要考虑衍射现象对成像质量的影响 。通过合理设计光学系统的参数和结构，可以减小衍射现 象对成像质量的影响。
衍射光栅
自然光
光振动沿各个方向均匀分布，人眼观 察到的光源直接发出的光。
偏振光
光振动只沿特定方向传播，通过偏振 片或反射、折射等过程后，具有特定 振动方向的光。
偏振片起偏和检偏作用
起偏
将自然光转换为偏振光的过程，通过偏振片实现。偏振片只允许与其透振方向 相同的光通过，起到筛选作用。
检偏
检测光的偏振状态，通过另一个偏振片实现。当检偏器的透振方向与入射光的 振动方向相同时，光可顺利通过；否则，光将被阻挡。
其他类型干涉现象
薄膜干涉
当光波照射到薄膜上时，会在薄膜前后表面反射形成两束 相干光波，从而产生干涉现象。这种现象常用于检测光学 元件的表面质量。
迈克尔逊干涉仪
一种精密的光学仪器，利用分振幅法产生两束相干光波， 通过调整光路可以产生不同的干涉条纹，用于测量长度、 折射率等物理量。
激光干涉
激光具有高度相干性，因此可以产生非常明显的干涉现象。 激光干涉技术广泛应用于精密测量、光学加工等领域。
物理光学光的相干性
目 录
Байду номын сангаас
• 物理光学基本概念 • 相干光及其条件 • 干涉现象与原理 • 衍射现象与原理 • 偏振现象与偏振光应用 • 相干性在现代科技中应用
01 物理光学基本概念
光的波粒二象性
01
02
浙江省大学物理试题库406409光源、光的相干性,光程、光程差的概念,分波阵面干涉,分振幅干涉
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。
§14-1光源_光的相干性
独立 (同一原子先后发的光)
普通光源的发光特点：原子发光是断续的，每次发 光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独 立，各波列互不相干.
太原理工大学物理系
2.激光光源：受激辐射
E2
= (E2-E1)/h
E1
(频率、相位、振动方向) 完全一样
激光光源发光(受激辐射)
太原理工大学物理系
二、普通光源获得相干光的途径
相干光只能从一个原子一次发光中获得。 波阵面分割法
振幅分割法
s1
光源*
s2
太原理工大学物理系
三、光的单色性
如果光源发出的光波具有恒定单一频率
的简谐波，它的波列无限伸展，这是理想的单
色光。
、
实际光源发出的光，在某个中心频率(波长) 附近有一定频率(波长)范围的光。
光学篇
干涉现象
衍射现象
偏振现象
光是一种电磁波，光矢量用 E矢量表示光矢量, 它
在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .
真空中的光速
c 1
00
: 400 ~ 760nm
可见光的范围
: 7.51014 ~ 4.31014 Hz
太原理工大学物理系
光的干涉部分主要讨论杨氏双缝干涉和薄膜 干涉。
蝉翅在阳光下
白光下的肥皂膜
太原理工大学物理系
§14-1 光源 光的相干性
一、光源 光源的最基本发光单元是分子、原子。
激
En 发光时间 ～10-8秒
发
态
光波列
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
波列长L = c
E h
太原理工大学物理系
1.普通光源：属于自发辐射
物理光学 光的相干性
或以扩展光源对O 点(S1S2连线的中点)的张角 表示
dt
(145)
dt
R
b
(144)
S
S1
S
S
Od
P0
R
S2
E
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
如果扩展光源是方形的，则由它照明平面上的相干 范围的面积(相干面积)为
Ac=dt2 2
(146)
理论上可以证明，对于圆形光源，其照明平面上横 向相干宽度为
(140)
第一项与 P 点的位置无关，表示干涉场的平均强度，
第二项表示干涉场光强度周期性地随 变化。
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
I 2 I0 b 2 I0π s inπ b c o s2 π (1 4 0 )
由于第一项平均强度随着光源宽度的增大而增强，而
第二项不会超过 2I0 / ，所以随着光源宽度的增大，
V IM Im (8) IM Im
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
假设是以 S 为中心的扩展光源 SS，则可将其想象 为由许多无穷小的元光源组成，整个扩展光源所产 生的光强度便是这些元光源所产生的光强度之和。
S
S
S
S1
Od S2
R
(a )
P0 E
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
公式
bc (149)
表示相干孔径角c与光源宽度 b 成反比，并称该式为
空间相干性的反比公式。
b
S 1 S 1
c
S
2
R
S2
S 1 S 2
2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性
第二讲 光的相干性
要想实现相干叠加，要求两个光源要有固定的 相位关系，是相干光源。
二：相干光的产生 ●获得稳定干涉花样的条件：
同一批原子发射出来的，但经过不同光程的两 列波，到达同一观察点总保持不变的位相。 ★同一光源分成的两束光是相干光源。
分波阵面法 分振幅法
分波阵面法：波面的各个不同部分作为发射次 波的光源，这些次波交叠在一起发生干涉。
Eo2
)
传 播
2
1
2
x2 x1
E2
Eo21 Eo22
2Eo1Eo2 cos(2
1 2
x2 x1 )
Eo21 Eo22 2Eo1Eo2 cos
如果初相位随时间发生改变，即没有固定相位关 系的两列波叠加，只能观察到一个平均的光强度：
I
E2
E2 o1
E2 o2
光的相干性(interference of light) ●干涉是波动过程的基本特征之一，波动的叠加 产生干涉。
一：光的相干性(coherence of light)
普通光源：较简单的方式是电子跃迁发光：
激
En
发
态
基态 原子能级及发光跃迁
E h
原子发光是断续的，每次发光形成一个短短的波列, 各波列互不相干。
波阵面分割法
s1
光 * s2 源
双棱镜
dS1 S
S2 D
菲涅尔双棱镜的干涉（分波面双光束干涉）
S M1 S1
S2
M2
菲涅尔双面镜的干涉 （分波面双光束干涉）
分振幅法：次波本身分成两部分，走过不同的 光程，重新交叠在一起发生干涉。
振幅分割法
波列：与原子的一 个能量状态的变化 相对应。
历时 10-8 s
10.1 光源及光的相干性
几何光学 波动光学 量子光学
波动光学：
用波动理论解释光的干涉、衍射、偏振现象
10.1 光源及光的相干性
1、单色波
（波动光学中，最简单，最基本的波称单色波程
E
E0
cos (t
r) u
H
H0
cos (t
r) u
光矢量 用 E 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视
觉和底片感光上起主要作用 .
光程差 n2r2 n1r1 s1 *
r1
n1
P
相位差 Δ 2π
λ
s 2*
r2
n2
k, k 0,1,2,
➢ 干涉加强 2kπ ,k 0,1,2,
(2k 1) , k 0,1,2,
➢ 干涉减弱
2
(2k 1)π , k 0,1,2,
3、 透镜不引起附加的光程差
A
F
o
2、 光程
1) 光程: 光在某介质中通过的几何路程r 与该介
质的折射率n的乘积。
nr
s1 *
介质中的波长 '
n
s 2*
r1
n1
P
r2
n2
➢ 波程差 r r2 r1
➢ 相位差 2π( r2 r1 )
2 1
2π( n2r2 n1r1 ) 2
➢ 光程差 n2r2 n1r1
2）光程差 (两光程之差)
B
焦平面
A
F'
B
当用透镜或透镜组成的光学仪器观测干涉时， 观测仪器不会带来附加的光程差。
4、 半波损失 1.光疏介质 2.反射光
光密介质
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406光源、光的相干性
1. 选择题
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
[ ]
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)
[ ]
3，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
[ ]
4，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
[ ] 2. 判断题
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。
2，两个独立的普通光源如果频率相同，也可构成相干光源。
3，光强均为I0的两束相干光相遇而发生干涉时, 在相遇区域内有可能出现的最大光强是4I0。
4，普通光源发光特点是断续的，每次发光形成一个短短的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干。
5，洛埃德镜和双镜等光的干涉实验都是用波阵面分割的方法来实现的。
6，获得相干光源只能用波阵面分割和振幅分割这两种方法来实现。
7，发光的本质是原子、分子等从具有较高能级的激发态到较低能级的激发态跃迁过程中释放能量的一种形式。
8，光波的相干叠加服从波的叠加原理,不相干叠加不服从波的叠加原理。